如何使步进电机效率最大化?
2023/2/24 16:04:33 点击：
我国的步进电机在二十世纪七十年代初开始起步，步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。在增进大家对步进电机的认识，本文将介绍如何使步进电机的效率最大化。如果你对步进电机具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。
很多人在使用两相步进电机时发现步进电机的转矩小，或达不到额定标称的转矩值，只好加大步进电机的尺寸和标称电流，以满足动力要求。其实有时并不是电机的问题，而是在步进电机选择或驱动器工作电流的设定上有不妥之处，没有发挥出步进电机的最大效率。
首先，从驱动器方面考虑，目前大多数两相步进电机的驱动器是采用全桥输出的四线接法，如果两相步进电机也是四线的，驱动器按照电机的标称电流设定，应该说是正确的，而且效率最高，输出转矩能够达到最大值，新型步进电机大多是这种形式的。
早期生产的步进电机，多是两相六线制的(四组两对串联线圈，每对有中心抽头)，还有少量八线制的(四组两对独立线圈)。
是两相六线制步进电机有两种接法，第一种是舍弃中心抽头接两端，实际就是将每组的两个相线圈串联起来使用，电机堵转矩大和效率高些，但是高速性能差。第二种是接中心抽头和一端，这种接法电机高速性能好些，但是每相有一组线圈空闲，堵转矩小和效率低些。目前大多是采用第一种接线方法。这就出现一个问题，两相驱动器的电流到底应该设置多大正确，一般还都是按电机标称电流值来设定，这就出现了前面提到的电机效率问题。
一般步进电机标注的电流是相电流(或电阻)，就是每组线圈的电流值(或电阻)，如果两相六线制步进电机采用第一种接法，相当于将两组线圈串联起来，那么其每相电阻加大，额定工作电流减小，即使驱动器设置成标称电流也达不到各相的额定输出值。所以在选用驱动器和步进电机时要注意电流匹配问题，正确的方法是将驱动器的输出电流设定为步进电机额定相电流的0.7倍(也不是通常认为串联起来的电流减半)。举例，比如一个带中心抽头的两相步进电机，标称电流是3A，驱动器电流应该设定为3乘以0.7=2.1A，尽管选了3A的步进电机，实际上它的功率相当于两相四线制的2.1A步进电机。
再谈谈八线制的步进电机接法，也有两种，第一种是将每两组线圈串联使用，这样驱动器的电流也是设定为电机相电流的0.7倍，这种接法电机发热量小，但是高转速性能差些。第二种接法是将每两组线圈并联使用，驱动器的电流设定为电机相电流的1.4倍，其优点是高转速性能好些，但是电机发热量大，但是步进电机有点温度是正常的，只要低于电机的消磁温度就行，一般步进电机的消磁温度在105度左右。
在使用输出电流已经预设的步进电机驱动器(指两相全桥输出驱动器，如TB6560、A3977等高集成度驱动芯片)后，如何选用步进电机很重要，如果你的驱动器是2A的，尽量选用两相四线制2A的电机，如果选用两相六线制电机，就要选标称相电流为2 / 0.7=2.9A(大约)的电机。这样才能使驱动器的效率最大化。
如果选用的驱动器是半桥输出(如SLA7062M、SLA7026等驱动芯片)的，那只能接两相六线制电机，驱动器的电流和电机标称电流是一致的。不过这种驱动器目前很少用到，效率低。
对于六线和八线步进电机，采用相线圈并联，可以发挥最大的输出转矩，表现出很好的动力性能，六线电机是无法接成并联形式的，实际已经在内部串联起来了，串联的公共端是中心抽头。只有八线电机的相线圈是可以并联使用的。
如果能将电机后盖打开，看一下里边的接线结构，是可以进行改动的，使六线电机变成八线电机，这样就可以并联使用了，但不是所有的六线电机都能改制，只有能从电机后面看到连线接头形式的可以改动，有的电机是焊盘接头，改制就需要一定的技术了。经改制的步进电机，原来串联的也可以并联使用，并联使用时相电流是原来的1.4倍，高速运转性能大大提高，转矩也提高不少。对于步进电机和驱动器的使用，应该注意发挥其最佳效果，不必一味追求高价位和大电流，追求高速度，应该认真计算一下机器的载荷，看看到底需要多大的转矩和速度，否则即便驱动器和电机都选得很大，但是其效果并没有发挥出来，速度也不应追求过高，实际加工过程中，机器进刀量一般不大(受制于机械结构、刀具及加工材料材质)，速度高了也用不上。
很多人在使用两相步进电机时发现步进电机的转矩小，或达不到额定标称的转矩值，只好加大步进电机的尺寸和标称电流，以满足动力要求。其实有时并不是电机的问题，而是在步进电机选择或驱动器工作电流的设定上有不妥之处，没有发挥出步进电机的最大效率。
首先，从驱动器方面考虑，目前大多数两相步进电机的驱动器是采用全桥输出的四线接法，如果两相步进电机也是四线的，驱动器按照电机的标称电流设定，应该说是正确的，而且效率最高，输出转矩能够达到最大值，新型步进电机大多是这种形式的。
早期生产的步进电机，多是两相六线制的(四组两对串联线圈，每对有中心抽头)，还有少量八线制的(四组两对独立线圈)。
是两相六线制步进电机有两种接法，第一种是舍弃中心抽头接两端，实际就是将每组的两个相线圈串联起来使用，电机堵转矩大和效率高些，但是高速性能差。第二种是接中心抽头和一端，这种接法电机高速性能好些，但是每相有一组线圈空闲，堵转矩小和效率低些。目前大多是采用第一种接线方法。这就出现一个问题，两相驱动器的电流到底应该设置多大正确，一般还都是按电机标称电流值来设定，这就出现了前面提到的电机效率问题。
一般步进电机标注的电流是相电流(或电阻)，就是每组线圈的电流值(或电阻)，如果两相六线制步进电机采用第一种接法，相当于将两组线圈串联起来，那么其每相电阻加大，额定工作电流减小，即使驱动器设置成标称电流也达不到各相的额定输出值。所以在选用驱动器和步进电机时要注意电流匹配问题，正确的方法是将驱动器的输出电流设定为步进电机额定相电流的0.7倍(也不是通常认为串联起来的电流减半)。举例，比如一个带中心抽头的两相步进电机，标称电流是3A，驱动器电流应该设定为3乘以0.7=2.1A，尽管选了3A的步进电机，实际上它的功率相当于两相四线制的2.1A步进电机。
再谈谈八线制的步进电机接法，也有两种，第一种是将每两组线圈串联使用，这样驱动器的电流也是设定为电机相电流的0.7倍，这种接法电机发热量小，但是高转速性能差些。第二种接法是将每两组线圈并联使用，驱动器的电流设定为电机相电流的1.4倍，其优点是高转速性能好些，但是电机发热量大，但是步进电机有点温度是正常的，只要低于电机的消磁温度就行，一般步进电机的消磁温度在105度左右。
在使用输出电流已经预设的步进电机驱动器(指两相全桥输出驱动器，如TB6560、A3977等高集成度驱动芯片)后，如何选用步进电机很重要，如果你的驱动器是2A的，尽量选用两相四线制2A的电机，如果选用两相六线制电机，就要选标称相电流为2 / 0.7=2.9A(大约)的电机。这样才能使驱动器的效率最大化。
如果选用的驱动器是半桥输出(如SLA7062M、SLA7026等驱动芯片)的，那只能接两相六线制电机，驱动器的电流和电机标称电流是一致的。不过这种驱动器目前很少用到，效率低。
对于六线和八线步进电机，采用相线圈并联，可以发挥最大的输出转矩，表现出很好的动力性能，六线电机是无法接成并联形式的，实际已经在内部串联起来了，串联的公共端是中心抽头。只有八线电机的相线圈是可以并联使用的。
如果能将电机后盖打开，看一下里边的接线结构，是可以进行改动的，使六线电机变成八线电机，这样就可以并联使用了，但不是所有的六线电机都能改制，只有能从电机后面看到连线接头形式的可以改动，有的电机是焊盘接头，改制就需要一定的技术了。经改制的步进电机，原来串联的也可以并联使用，并联使用时相电流是原来的1.4倍，高速运转性能大大提高，转矩也提高不少。对于步进电机和驱动器的使用，应该注意发挥其最佳效果，不必一味追求高价位和大电流，追求高速度，应该认真计算一下机器的载荷，看看到底需要多大的转矩和速度，否则即便驱动器和电机都选得很大，但是其效果并没有发挥出来，速度也不应追求过高，实际加工过程中，机器进刀量一般不大(受制于机械结构、刀具及加工材料材质)，速度高了也用不上。
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