西门子6ES7212-1AB23-0XB8规格齐全

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在具体应用场合，当终端负载稳定、动作简单、基本为低速运转时，选用成本低且容易控制的为合适；但当终端负载波动范围较大、动作简单、基本为低速运转时，如果选择了步进电机，则会面临一系列烦恼，因为采用方波驱动的步进电机难以消除振动和噪音，并会因为力矩波动而产生失步或过冲。实际上，当终端负载波动范围较大时，即便基本为低速运转状态，也应该选用，因为考虑了功效提高因素、节能因素、控制精度提高因素、系统稳定性增加等因素之后，会发现选用价格较高的伺服电机反而提高了综合成本。

用伺服电机替代步进电机时应注意哪些问题呢？

1、为了保证控制系统改变不大，应选用数字式伺服系统，可仍采用原来的脉冲控制方式；

2、由于伺服电机的过载能力强，可以参照原步进电机额定输出扭矩的1/3来确定伺服电机的额定扭矩；

3、因为伺服电机的额定转速比步进电机要高得多，好增加减速装置，让伺服电机工作在接近额定转速下， 这样也可以选择功率更小的电机，以降低成本。

当前伺服电机趋向步进化的具体表现：

1、小体积高功效：采用新永磁材料及优化电机设计，使体积较小的电机也能产生很大的扭矩。同一型号电机与不同的驱动器匹配时，大输出扭矩不同；相同体积电机采用不同绕组形式、不同磁极数时，输出功率也不相同；

2、抗冲击扭矩：大扭矩能达到额定扭矩的若干倍；

3、采用高性能的磁性材料，高磁能积；

4、电机和驱动器上均可带有温度监视器。

伺服电机控制是否可以替代步进电机控制

1.步进电机、伺服电机都是控制电机，主要用于精密定位控制用途。特别是伺服电机，数控系统常用电机。一般使用控制器+驱动器+伺服（步进）电机+联轴器+丝杠副+导轨不需要减速器的，因为伺服和步进速度根据脉冲频率可以大范围调节速度。2.伺服电机是闭环控制，步进一般开环控制。伺服精密，比步进贵。3.伺服，步进都是用于定位使用情况下，比如，从原点以一定的速度运动到10mm再到25mm停止返回。4.二者都是特种电机，都能jingque控制速度。但是二者控制速度的原理不同：伺服电机是闭环控制（通过编码器反馈等完成），即会实时测定电机的速度；步进电机是开环控制，输入一个脉冲步进电机就会转过一固定的角度，但是不对速度进行测定

是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为)的特点，广泛应用于各种开环控制。

现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（vr）、永磁式步进电机（pm）、混合式步进电机（hb）和单相式步进电机等。

永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；

反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。

步进电机的一些基本参数：

电机固有步距角：

它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86byg250a型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。

步进电机的相数：

是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

保持转矩（holding torque）：

是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机重要的参数之一。比如，当人们说2n.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2n.m的步进电机。

detent torque：

是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。detent torque在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有detent torque。

1、步进的工作原理

图1 三相反应式步进电动机的结构示意图

1——定子 2——转子 3——定子绕组{{分页}}

图1是常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60º。各磁极上套有线圈，按图1连成a、b、c三相绕组。转子上均布40个小齿。所以每个齿的齿距为θe=360º/40=9º，而定子每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。由于定子和转子的小齿数目分别是30和40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。若以a相磁极小齿和转子的小齿对齐，如图1，那么b相和c相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即3º。因此，b、c极下的磁阻比a磁极下的磁阻大。若给b相通电，b相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越b相磁极，并力图按磁阻小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到b磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3º；此时a、c磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。接着停止对b相绕组通电，而改为c相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺时针方向再转过3º。依次类推，当三相绕组按a→b→c→a顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动3º的规律步进式转动起来。若改变通电顺序，按a→c→b→a顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动3º的规律转动。因为每一瞬间只有一相绕组通电，并且按三种通电状态循环通电，故称为单三拍运行方式。单三拍运行时的步矩角θb为30º。三相步进电动机还有两种通电方式，它们分别是双三拍运行，即按ab→bc→ca→ab顺序循环通电的方式，以及单、双六拍运行，即按a→ab→b→bc→c→ca→a顺序循环通电的方式。六拍运行时的步矩角将减小一半。反应式步进电动机的步距角可按下式计算：

θb=360º/ner(1)

式中 er——转子齿数；

n——运行拍数，n=km，m为步进电动机的绕组相数，k=1或2。

2、步进电动机的驱动方法

步进电动机不能直接接到工频交流或直流上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如图2所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口，这里予以简单介绍。

图2 步进电动机驱动控制器

1. 单电压功率驱动接口

实用电路如图3所示。在电机绕组回路中串有电阻rs，使电机回路时间常数减小，高频时电机能产生较大的电磁转矩，还能缓解电机的低频共振现象，但它引起附加的损耗。一般情况下，简单单电压驱动线路中，rs是不可缺少的。rs对步进电动机单步响应的改善如图3(b)。{{分页}}

图3 单电压功率驱动接口及单步响应曲线

图4 双电压功率驱动接口

2.双电压功率驱动接口

双电压驱动的功率接口如图4所示。双电压驱动的基本思路是在较低（低频段）用较低的电压ul驱动，而在高速（高频段）时用较高的电压uh驱动。这种功率接口需要两个控制信号，uh为高压有效控制信号，u为脉冲调宽驱动控制信号。图中，功率管th和dl构成电源转换电路。当uh低电平，th关断，dl正偏置，低电压ul对绕组供电。反之uh高电平，th导通，dl反偏，高电压uh对绕组供电。这种电路可使电机在高频段也有较大出力，而静止锁定时功耗减小。

3.高低压功率驱动接口

图5 高低压功率驱动接口

高低压功率驱动接口如图5所示。高低压驱动的设计思想是，不论电机工作频率如何，均利用高电压uh供电来提高导通相绕组的电流前沿，而在前沿过后，用低电压ul来维持绕组的电流。这一作用同样改善了驱动器的高频性能，而且不必再串联电阻rs，消除了附加损耗。高低压驱动功率接口也有两个输入控制信号uh和ul，它们应保持同步，且前沿在同一时刻跳变，如图5所示。图中，高压管vth的导通时间tl不能太大，也不能太小，太大时，电机电流过载；太小时，动态性能改善不明显。一般可取1~3ms。（当这个数值与电机的时间常数相当时比较合适）。{{分页}}

4.斩波恒流功率驱动接口

恒流驱动的设计思想是，设法使导通相绕组的电流不论在锁定、低频、高频工作时均保持固定数值。使电机具有恒转矩输出特性。这是目前使用较多、效果较好的一种功率接口。图6是斩波恒流功率接口原理图。图中r是一个用于电流采样的小阻值电阻，称为采样电阻。当电流不大时，vt1和vt2同时受控于走步脉冲，当电流超过恒流给定的数值，vt2被封锁，电源u被切除。由于电机绕组具有较大电感，此时靠二极管vd续流，维持绕组电流，电机靠消耗电感中的磁场能量产生出力。此时电流将按指数曲线衰减，同样电流采样值将减小。当电流小于恒流给定的数值，vt2导通，电源再次接通。如此反复，电机绕组电流就稳定在由给定电平所决定的数值上，形成小小的锯齿波，如图6所示。

图6 斩波恒流功率驱动接口

斩波恒流功率驱动接口也有两个输入控制信号，其中u1是数字脉冲，u2是模拟信号。这种功率接口的特点是：高频响应大大提高，接近恒转矩输出特性，共振现象消除，但线路较复杂。目前已有相应的集成功率模块可供采用。

5.升频升压功率驱动接口

为了进一步提高驱动系统的高频响应，可采用升频升压功率驱动接口。这种接口对绕组提供的电压与电机的运行频率成线性关系。它的主回路实际上是一个开关稳压电源，利用频率-电压变换器，将驱动脉冲的频率转换成直流电平，并用此电平去控制开关稳压电源的输入，这就构成了具有频率反馈的功率驱动接口。

6.集成功率驱动接口

目前已有多种用于小功率步进电动机的集成功率驱动接口电路可供选用。

l298芯片是一种h桥式驱动器，它设计成接受标准ttl逻辑电平信号，可用来驱动电感性负载。h桥可承受46v电压，相电流高达2.5a。l298(或xq298，sgs298)的逻辑电路使用5v电源，功放级使用5~46v电压，下桥发射极均单独引出，以便接入电流取样电阻。l298(等)采用15脚双列直插小瓦数式封装，工业品等级。它的内部结构如图7所示。h桥驱动的主要特点是能够对电机绕组进行正、反两个方向通电。l298特别适用于对二相或四相步进电动机的驱动。{{分页}}

图7 l298原理框图

与l298类似的电路还有ter公司的3717，它是单h桥电路。sgs公司的sg3635则是单桥臂电路，ir公司的ir2130则是三相桥电路，allegro公司则有a2916、a3953等小功率驱动模块。

图8是使用l297(环形分配器专用芯片)和l298构成的具有恒流斩波功能的步进电动机驱动系统。

图8 专用芯片构成的步进电动驱动系统