步进电机和步进电机驱动器详解

一、步进电机的概念

步进电机是通过步进电机配套的驱动器，将控制器传来的脉冲信号转换成角位移的开环电机（没有反馈）。

步进电机工作时的位置和速度信号不反馈给控制系统，如果电机工作时的位置和速度信号反馈给控制系统，那么它就属于伺服电机。相对于伺服电机，步进电机的控制相对简单，但因为没有反馈导致精度无法保证所以不适用于精度要求较高的场合。

步进电机的常用参数：

步距角：每输入一个脉冲信号，步进电机转子的旋转角度。常见的步距角有1.8度、0.9度等。

保持扭矩：在无电流输入时，步进电机保持其位置的能力，通常以牛顿米(Nm)为单位。

工作扭矩：在额定电流下，步进电机能够输出的扭矩，也以牛顿米(Nm)为单位。

相数：步进电机的线圈数量，常见的有二相、四相、五相等。

额定电流：在正常工作条件下，步进电机线圈允许通过的电流大小。

最大工作频率：步进电机能够稳定工作的最高频率。

尺寸和重量：步进电机的物理尺寸和重量，这些参数影响电机的安装和负载能力。

步进电机的常用型号以及区分原则：

步进电机根据电机外尺寸的不同，可以分为42、57、86、110步进电机这是主流的分类方式。

大家可能不知道42电机的含义，其实42步进电机的42，是指长宽各42mm，而不是其它含义。

如上图，是我这里来自普菲德的一个42步进电机，大部分的步进电机的一侧都有像上面的标签。

一般会有这个电机的型号可以用于在网上以查找该型号电机的详细数据。

在型号下面有一些电机接线和常用要使用的数据像如图上的转矩、步距角、电流、接线图。

步进电机在内部构造上通常主要按照转子特点和定子绕组进行分类：

按照转子分类，当步进电机按转子类型进行分类时，可以分为由永磁体制成的转子（PM型）、带转子齿的齿轮形转子（VR型）以及与永磁体组合的齿轮形转子（HB型）等几类。

反应式

按定子数量来分类时，若有两个定子，则称为“2相电机”；若有三个定子，则称为“3相电机”；若有五个定子，则称为“5相电机”。

下面是一些其他大佬发布的博客可以帮助大家更好的学习步进电机。
42步进电机拆解&步距角推导_42步进的42是什么意思-CSDN博客

这位大佬把42电机给拆开了大家可以看看步进电机内部结构。

一文搞懂步进电机特性、原理及驱动器设计_步进电机驱动原理-CSDN博客

这位大佬详细的讲了步进电机是如何转起来的原理，驱动器设计这部分初学者就不用看了。

步进电机的特点、选型方法以及型号参数说明_步进电机的型号和参数表-CSDN博客

这位大佬详细的讲了如何进行选择步进电机还附上了一些常用电机的型号建议大家去看看。

二、步进驱动器和电机的接线

步进驱动器会因为产商的不同而导致参数和布局有不同但要调的参数大致相同。

下面以42电机和42电机驱动器为例进行讲解。

（其他型号电机的相数、大小等会不同但本质是一样的。）

输入输出端的说明：

信号输入连接

PUL+：脉冲信号输入正。PUL-：脉冲信号输入负。（控制电机速度）

DIR+：电机正、反转控制正。DIR-：电机正、反转控制负。（控制电机方向）

EN+：电机脱机控制正。EN-：电机脱机控制负。

这里是去接控制器的如PLC，单片机等等

EN是用于控制电机抱闸，可以不接；连接了使能信号，电机会不在通电，不能保持抱死状态。

使能信号让电机脱机后，可用于临时调整工序，位置等等；不用终止程序，调整后复机后可继续程序。

在信号连接时要你的控制器是要区分高电平，低电平的，不同的电平的接线方式是不一样的。

在控制器是高电平时也就是共阳极接法。

在控制器是低电平时也就是共阴极接法。

有时我们会遇到当控制器输出的电压比驱动器输入高时，在控制器的输出口中串联电阻或加入降压模块进行降压；这里降压电阻需要使用欧姆定律按需进行计算所得，降压模块需要按驱动器所需的电压进行挑选。

电机绕组连接

A+：连接电机绕组A+相。A-：连接电机绕组A-相。

B+：连接电机绕组B+相。B-：连接电机绕组B-相。

改变步进电机的转向

要了解如何改变步进电机的转向，首先我们要了解电机内部绕组的组成。

以两相电机为例。

电机中有一个转子和有几相就有几对的定子，两相电机中就有AB两相定子。

上面有提到转子有三种不同的类型但他们有个共同点就是都有磁性。

定子由线圈和铁棒组成也就是电磁铁，AB两相通过安培右手螺旋定律缠绕线圈让AB两相电极极性相反；同样因为安培右手螺旋定律改变AB两相电流的流向就可以改变AB两相电极极性。

这样电机通电后AB两相中电极极性与转子相同的产生一个相斥的力，AB两相中电极极性与转子相反的产生一个吸引的力；这样转子就旋转起来了。

上面说了安培右手螺旋定律改变AB两相电流的流向就可以改变AB两相电极极性，通过给驱动器的DIR一个信号驱动器就会改变AB两相电流的流向起到改变AB两相电极极性的功能。

既然只要改变AB两相的极性就可以改变电机旋转的方向，那么有没有别的部分改变步进电机的转向，想必大家已经猜到了就是把AB两相的线对调；把A+和B+对调接入也可以改变电机旋转的方向。

（如果没有看懂可以去看看上面第二个博客链接）

电源电压

VCC：电源正端“+”

GND：电源负端“-”

电源按照驱动器的额定电压进行选择。

三、驱动器拨码开关设定

大部分驱动器都是用拨码开关进行控制定细分、电流。

驱动器上一般有细分数设定和电流大小设定的表格，如图中两个表格。

细分数设定

细分后步进电机步距角按下列方法计算：步距角=电机固有步距角/细分数。

如：一台固有步距角为1.8°的步进电机在4细分下步距角为1.8°/4=0.45°

Micro step（细分）：

含义：Micro step，即细分，是指将步进电机的一个完整步距角细分成多个更小的步距角。通过细分，可以使得电机的运转更加平滑，减少振动和噪声，提高精度和分辨率。

设置：用户可以通过拨码开关来设置细分数。细分数越高，每个步距角被细分的部分越多，电机的控制分辨率越高。

例如，细分数为1时，电机每转一圈需要200个脉冲；细分数为8时，每转一圈需要1600个脉冲。但是，细分数过高可能会影响到电机的进给速度14。

Pulse/rev（每转脉冲数）：

含义：Pulse/rev，即每转脉冲数，是指电机旋转一圈所需的脉冲数。这个参数决定了步进电机的步距角大小。例如，如果步进电机每转一圈需要200个脉冲，那么每个脉冲对应1.8度的步距角。

设置：用户可以通过拨码开关来设置每转脉冲数。不同的拨码开关组合可以设定不同的脉冲数，从而改变步距角。例如，某些驱动器允许用户设置从200步/转到12800步/转的细分程度。

电流大小设定

Current(A)：这通常表示电机的常规工作电流，即电机在正常运行时所需的电流大小。这个值应该根据电机的规格书和实际应用需求来确定。设定合适的常规工作电流可以确保电机在正常负载下运行时具有足够的扭矩和稳定性。

PK Current：这个术语可能表示峰值电流，即在启动、加速或需要额外扭矩时电机可以承受的短暂最大电流。峰值电流通常比常规工作电流要高，以便在需要时提供额外的扭矩。然而，峰值电流不应持续太久，以防止电机过热和损坏。

电流的选择：设置电流参数时，应将电流设置为接近或略高于电机的额定电流，以充分发挥性能，同时避免过载和损坏。