西门子模块6ES7231-0HC22-0XA8参数详细

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步进是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。

目前常用的有三种步进电动机：

(1)反应式步进电动机(vr)。反应式步进电动机结构简单，生产，步距角小；但动态性能差。

(2)永磁式步进电动机(pm)。永磁式步进电动机出力大，动态性能好；但步距角大。

(3)混合式步进电动机(hb)。混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能较高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。

的一些特点：

1．一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

2．步进电机外表允许的较高温度。

步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的较高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚**达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

3．步进电机的力矩会随转速的升高而下降。

当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

4．步进电机低速时可以正常运转，但若**一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。

步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率**该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。

步进以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。

 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是较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较，其夹角是60º。各磁较上套有线圈，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，而定子每个磁较的较弧上也有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相磁较小齿和转子的小齿对齐，如图1，那么b相和c相磁较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较下的磁阻比a磁较下的磁阻大。若给b相通电，b相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越b相磁较，并力图按磁阻较小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到b磁较上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3º；此时a、c磁较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**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。

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*，而在*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，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*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**过恒流给定的数值，vt2被，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。

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，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，***298)的逻辑电路使用5v电源，功放级使用5~46v电压，下桥发射较均单独引出，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