我们在这里概述的错误已经被世界各地成千上万的步进电机用户纠正了无数次。在给出的解决方案中避免这些错误，从而使您的下一个应用程序成功。
由埃里克·赖斯•全国营销总监| Applied Motion Products
步进电机为自动化行业提供了一种低成本和简单的方法，在广泛的应用中数字化控制运动，包括包装设备，3D打印机，材料处理和分拣线，台式数控机床，等等。它们是许多旋转和线性定位轴的关键部件。
步进电机的成本性能优势在他们的简单性和它们在开环控制方案中准确定位的能力，而没有从电机到控制器的任何反馈。获得开环步进系统的最佳性能优势需要了解如何将步进电机指定和安装到应用程序中。以下是六个常见的错误，即步骤和经验，可以轻松避免电机用户。
“阶梯电机的扭矩规格高于我在实践中看到的。”
在计算应用程序中移动负载所需的转矩后，用户根据(1)步进电机的保持转矩规格或(2)速度-转矩曲线选择步进电机。一旦安装和耦合到负载，电机不会产生预期的扭矩量。
第一个错误是使用保持力矩作为性能的衡量来指定步进电机。保持扭矩定义了电机在什么时候产生的扭矩维护一个位置并且不移动。它通常是一个不好的指标，扭矩电机产生时，移动。
当步进电动机开始移动时，产生的扭矩均匀地从保持扭矩值落下，即使在仅几个RPM之后也是如此。随着速度的增加，扭矩进一步下降。因此，不要仅基于单独保持扭矩选择步进电机。相反，请参阅发布的速度扭矩曲线。
这里显示的是来自Applied Motion Products的不同堆栈长度的步进电机。
第二个错误是没有理解速度-扭矩曲线的本质。速度-扭矩曲线表示步进电机停止时的扭矩。步进电机停止转动时，转子与定子失去同步，轴停止转动。
为了确保步进电机继续转动并提供足够的扭矩以移动负载，通过估计安全裕度来评估速度扭矩曲线。这样做的简单方法是想象一个平行于速度扭矩曲线的线，大约是发布曲线的高度为1/2至2/3。该假想线表示步进电机可以可靠地产生的扭矩，以最小的停滞风险。看图1(步进电机典型速度-扭矩曲线)有关更多信息。
图1 -步进电机的典型速度-扭矩曲线。在来自制造商的已发布数据中，仅示出了实线，表示失速扭矩与速度。用户必须估计可用的扭矩范围，如虚线所示。
“步进电机如此热;它必须有问题。“
步进电机旨在运行热。步进电机中使用的最常见的绝缘类是B类，其额定功率高达130℃。这意味着在发生故障之前，步进电机的表面温度可以达到90°C或更多。这种温度比一个人在不燃烧皮肤的情况下可能触摸得多。出于这个原因，将步进电机远离有很高的人类接触机会的区域。
步进电机被设计为在高温下运行，因为它们用于开环控制系统。因为开环步进电机的运行没有任何电流反馈(或速度或位置反馈)，驱动提供的电流是恒定的，无论扭矩需求。为了从步进电机获得最大的扭矩，制造商在指定时考虑到B类绝缘;因此，电流额定值的设计，以最大限度的扭矩输出而不过热。最终的结果是步进电机产生了很大的扭矩，但是它们在这样做的时候也会变得很热。
“我能使用12伏的电源来驱动步进电机吗?”
对于任何一种电机，不仅仅是步进电机，电源电压直接与电机转速有关。当更高的电压供应系统，电机达到更高的速度。伺服电机和直流电机的额定电源电压与其他额定规格(包括速度、扭矩和功率)相对应。如果给步进电机指定了额定电压，它通常不超过步进电机的绕组电阻乘以额定电流。这是有用的产生保持扭矩，但很少使用时，步进电机的运动。
像所有的电机一样，当轴开始运动时，步进电机产生一个反电动势(BEMF)电压，阻止电流流入绕组。为了产生可用的转矩，电源电压必须大大高于BEMF。由于没有硬性的规则存在指定多高的电源电压，用户应该审查已公布的速度-扭矩曲线给定的步进电机，驱动器，和电源组合。
在速度-扭矩曲线中指定的电源电压是必要的信息。如果忽略，比如当发布的曲线使用48v电源时使用12v电源，电机将达不到预期扭矩。看图2（同一步骤电机的两个速度扭矩曲线和驱动组合）想了解更多。
图2 -同一步进电机和驱动组合的两个速度-扭矩曲线。只有电源电压不同。深绿色线表示48v电源下的失速扭矩。浅绿色线表示在24v电源下的失速扭矩。而12v电源则会刺激更低的曲线。
“我不能用几个PLC输出来运行这个步进电机吗?”为什么需要驱动?”
两相步进驱动器使用一组连接的八个晶体管形成H形桥。从PLC输出创建等效H桥将需要八个输出。具有六根铅导线的一些两相步骤电机被驱动，只有四个晶体管。为此，您可以使用四个PLC输出向前和向后旋转步进电机。然而，步进驱动器不仅仅是简单地序列H桥中的晶体管。
步进器驱动使用总线电压的PWM切换调节电机的每个阶段中的电流。如上所述在上一节关于电压，电源电压必须足够高以克服BEMF并以速度产生扭矩。步进随着MicroStepping功能的步进驱动器进一步优化了PWM切换逻辑，根据正弦波比比较每相中的电流比比率比步进电机的基本步进角度更精细定位。超越最基本的步进驱动器，那些在船上有轨迹发生器的那些可以根据预设的加速和减速速率自动升高电机加速。
使用PLC输出驱动步进电机可能是一个整洁的项目，有人感兴趣的解剖如何步进电机工作。对于任何严肃的运动控制项目，你都需要一个合适的驱动器。
“阶梯电机如此嘈杂......它必须有问题。”
每当步进电机迈出一步时，当转子就位时(想想弹簧上的经典质量)，它就会产生一点清脆的噪音。振铃是电机的自然共振频率，这是基于电机的结构。当电机步进频率接近或等于固有谐振频率时，固有谐振频率被放大。当步进电机以全步顺序驱动时(可用的最低分辨率;等于电机的步进角)，低速时，通常在每秒1至5转的范围内。
当用户第一次测试步进电机时，将电机卸下并与任何负载断开连接，最常出现噪音问题。在这种情况下，电机是自由的共鸣，因为它喜欢没有任何东西阻尼的共振。
幸运的是，一些简单的步骤可以减轻谐振：
通过将电动机安装并将电动机轴连接到负载，将机械阻尼添加到系统上。将轴连接到载荷增加了系统的惯性或摩擦力......反过来改变或阻尼电机的自然谐振频率。
用微步减小步进角。微步进时，步进角随着步进的增大而减小，激发的固有谐振频率也减小。
如果这两个步骤都不工作，考虑使用步进驱动器与反共振算法内置于其当前控制逻辑。
“我需要一个编码器来驱动步进电机，对吧?”
不，编码器不需要在开环控制步进电机运行。步进电机是唯一类型的无刷直流电机，准确和重复定位负载使用开环控制。其他电机需要某种类型的位置反馈。开环控制在以下情况下工作良好:
- 运动任务随着时间的推移是一样的。
- 负载不会改变。
- 所需的速度相对较低。
- 不能完成运动任务不会导致关键或危险的机器故障。
如果应用程序不满足规定的标准，考虑引入反馈到系统，以允许某种程度的闭环控制。在步进电机系统中添加编码器可以带来很多好处，从基本的开环控制，到完全闭环控制，步进电机作为伺服控制系统的一部分。请与您的步进电机和驱动供应商联系，了解他们提供的反馈和闭环控制选项的范围。
应用运动产品步进电机有广泛的框架尺寸-从NEMA 8到NEMA 42和更多。
了下:3D打印•添加剂制造•立体光刻，运动控制技巧，驱动器(步进器)+放大器
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