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保持轉矩也叫靜力矩，是指通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。由于步進電機低速運轉時的力矩接近保持轉矩，而步進電機的力矩隨著速度的增大而快速衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以說保持轉矩是衡量步進電機負載能力較重要的參數之一。

一、選擇保持轉矩

保持轉矩也叫靜力矩，是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。由于步進電機低速運轉時的力矩接近保持轉矩，而步進電機的力矩隨著速度的增大而快速衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以說保持轉矩是衡量步進電機負載能力較重要的參數之一。比如，一般不加說明地講到1n.m的步進電機，可以理解為保持轉矩是1n.m。

二、選擇相數

兩相步進電機，步距角較少1.8 度，低速時的震動較大，高速時力矩下降快，適用于高速且對精度和平穩性要求不高的場合；三相步進電機步距角較少1.2度，振動比兩相步進電機小，低速性能好于兩相步進電機，較高速度比兩相步進電機高百分之30至50，適用于高速且對精度和平穩性要求較高的場合；5相步進電機步距角更小，低速性能好于3相步進電機，但成本偏高，適用于中低速段且對精度和平穩性要求較高的場合。

三、選擇步進電機

應遵循先選電機后選驅動器原則，先明確負載特性，再通過比較不同型號步進電機的靜力矩和矩頻曲線，找到與負載特性較匹配的步進電機；精度要求高時，應采用機械減速裝置，以使電機工作在效率較高、噪音較低的狀態；避免使電機工作在振動區，如若必須則通過改變電壓、電流或增加阻尼的方法解決；電壓方面，建議57電機采用直流24v-36v、86電機采用直流46v、110電機采用**直流80v；大轉動慣量負載應選擇機座號較大的電機；大慣量負載、工作轉速較高時，電機而應采用逐漸升頻提速，以防止電機失步、減少噪音、提高停轉時的定位精度；鑒于步進電機力矩一般在 40nm以下，**出此力矩范圍，且運轉速度大于1000rpm時，即應考慮選擇，一般交流伺服電機可正常運轉于3000rpm，直流伺服電機可可正常運轉于10000rpm。

四、選擇驅動器和細分數

較好不選擇整步狀態，因為整步狀態時振動較大；盡量選擇小電流、大電感、低電壓的驅動器；配用大于工作電流的驅動器、在需要低振動或高精度時配用細分型驅動器、對于大轉矩電機配用高電壓型驅動器，以獲得良好的高速性能；在電機實際使用轉速通常較高且對精度和平穩性要求不高的場合，不必選擇高細分數驅動器，以便節約成本；在電機實際使用轉速通常很低的條件下，應選用較大細分數，以確保運轉平滑，減少振動和噪音；總之，在選擇細分數時，應綜合考慮電機的實際運轉速度、負載力矩范圍、減速器設置情況、精度要求、振動和噪音要求等。

作為一種數字式執行元件，在運動控制系統中得到廣泛的應用。許多用戶朋友在使用步進電機的時候，感覺電機工作時有較大的發熱，心存疑慮，不知這種現象是否正常。實際上發熱是步進電機的一個普遍現象，但怎樣的發熱程度才算正常，以及如何盡量減小步進電機發熱.

1，步進電機為什么會發熱？

任何電機都會發熱，只是發熱程度不同罷了。對于各種步進電機而言，內部都是由鐵芯和繞組線圈組成的。繞組有電阻，通電會產生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損，如果電流不是標準的直流或正弦波，還會產生諧波損耗；鐵心有磁滯渦流效應，在交變磁場中也會產生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關，這叫鐵損。銅損和鐵損都會以發熱的形式表現出來，從而影響電機的效率。步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉速而變化，因而步進電機普遍存在發熱情況，且情況比一般交流電機嚴重。

2，步進電機發熱的合理范圍。

電機發熱允許到什么程度，主要取決于電機內部絕緣等級。內部絕緣性能在高溫下（130度以上）才會被破壞。所以只要內部不**過130度，電機便不會損壞，而這時表面溫度會在90度以下。所以，步進電機表面溫度在70-80度都是正常的。簡單的溫度測量方法有用點溫計的，也可以粗略判斷：用手可以觸摸1-2秒以上，不**過60度；用手只能碰一下，大約在70-80度；滴幾滴水迅速氣化，則90度以上了。

3，步進電機工作方式不同，發熱也不同。

遇采用恒流驅動技術時，步進電機在靜態和低速下，電流會維持相對恒定，以保持恒力矩輸出。速度高到一定程度，電機內部反電勢升高，電流將逐步下降，力矩也會下降。因此，因銅損帶來的發熱情況就與速度相關了。靜態和低速時一般發熱高，高速時發熱低。但是鐵損（雖然占的比例較?。┳兓那闆r卻不盡然，而電機整個的發熱是二者之和，所以上述只是一般情況。

4，步進電機發熱會影響步進電機的工作壽命嗎？

電機發熱雖然一般不會影響電機的壽命，對大多數客戶來說沒必要理會。但是，嚴重的發熱會帶來一些負面影響。如電機內部各部分熱膨脹系數不同導致結構應力的變化和內部氣隙的微小變化，會影響電機的動態響應，高速會容易失步。又如有些場合不允許電機的過度發熱，如醫療器械和高精度的測試設備等。因此對電機的發熱應當進行必要的控制。我們的步進電機用在鋼鐵機器人上，環境溫度100多度，至今工作正常。

5，步進電機發熱問題的解決方案？

如果步進電機驅動器有自動半流模式，盡量讓其工作在半流狀態，因為此時步進電機全流工作發熱較大 。

如果負載力矩范圍允許的情況下，可以把電機額定電流降下來，比如5a電機，讓其工作在4a狀態下；

選擇低電阻，低電流的步進電機，減少銅損和鐵損。

加裝風機，強制散熱。

作為電磁機械裝置，其進給的分辨率取決于細分驅動技術。采用軟件細分驅動方式，由于編程的靈活性、通用性，使得步進細分驅動的、效率高，要修改方案也易辦到。同時，還可解決步進電機在低速時易出現的低頻振動和運行中的噪聲等。但單一的軟件細分驅動在精度與速度兼顧上會有矛盾，細分的步數越多，精度越高，但步進電機的轉動速度卻降低；要提高轉動速度，細分的步數就得減少。為此，設計了多級細分驅動系統，通過不同的細分檔位設定，實現不同步數的細分，同時保了不同的轉動速度。

1 細分驅動原理

步進電機控制中已蘊含了細分的機理。如三相步進電機按a→b→c……的順序輪流通電，步進電機為整步工作。而按a→ac→c→cb→b→ba→a……的順序通電，則步進電機為半步工作。以a→b為例，若將各相電流看作是向量，則從整步到半步的變換，就是在ia與ib之間插入過渡向量iab，因為電流向量的合成方向決定了步進電機合成磁勢的方向，而合成磁勢的轉動角度本身就是步進電機的步進角度。顯然，iab的插入改變了合成磁勢的轉動大小，使得步進電機的步進角度由θb變為0.5θb，從而也就實現了2步細分。由此可見，步進電機的細分原理就是通過等角度有規律的插入電流合成向量，從而減小合成磁勢轉動角度，達到步進電機細分控制的目的。

在三相步進電機的a相與b相之間插入合成向量ab，則實現了2步細分。要再實現4步細分，只需在a與ab之間插入3個向量i1、i2、i3，使得合成磁勢的轉動角度θ1=θ2=θ3=θ4，就實現了4步細分。但4步細分與2步細分是不同的，由于i1、i2、i33個向量的插入是對電流向量ib的分解，故控制脈沖已變成了階梯波。細分程度越高，階梯波越復雜。

在三相步進電機整步工作時，實現2步細分合成磁勢轉動過程為ia→iab→ib；實現4步細分轉動過程為ia→i2→iab……；而實現8步細分則轉動過程為ia→i1→i2→i3→iab……?？梢?，選擇不同的細分步數，就要插入不同的電流合成向量。

2 多級細分驅動系統的實現

2.1系統組成

系統由主機、鍵盤輸入系統、步進顯示系統、步進控制系統組成。主機采用at89c51，其為低功耗的8位單片機，片內有一個4k字節的flash可編程、可擦除、只讀存儲器，故可簡化系統構成，且可滿足本系統數據存儲空間的要求。主機接收串行口送來的步進控制數據，并對其進行處理，以實施步進控制。鍵盤輸入系統是用來輸入控制所需的細分檔位。系統設計時，考慮到隨著細分的精確化，如128步細分時，步距角達到足夠小，能滿足各種步進要求，故以2的整數次冪作為細分基準。步進顯示系統由液晶顯示器顯示當前細分檔位和細分后的步進角等參數。為了減少電路的復雜性，該顯示器顯示的較小單位規定為0.01°。步進控制系統由d/a轉換部分和驅動系統組成。d/a轉換部分包括３片dac0830集成芯片和數據鎖存系統。dac0830轉換分辨率是8位，該芯片具有與微處理器兼容、價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優點。d/a轉換部分的功能是將二進制代碼表示的階梯波數值轉換為相應的電流值輸出，經驅動系統放大，控制步進電機轉動。

驅動系統采用三級管實現電流放大。

2.2細分階梯波的產生

細分的實現過程，就是插入電流合成向量和轉換電流合成向量的過程。電流合成向量轉化的前提是合成向量的插入。在系統中，由主機根據設定的細分檔位，計算出相關參數，經查表生成相對應的階梯波，即插入了電流合成向量。在正轉或反轉的控制信號下，階梯波脈沖由輸出端口經鎖存系統送入d/a轉換器件dac0830進行電流合成向量的轉化，輸出對應的電流值，經驅動放大控制步進電機，從而實現了細分驅動。

電流合成向量的插入是實現細分的關鍵，而要得到電流合成向量，首先必須產生階梯波。由圖1知，在三相電機半步工作的情況下，要實現4步細分，就必須將b相電流分成4份，但不是等分，需**θ1=θ2=θ3=θ4。若θ1、θ2、θ3、θ4分別對應的電流向量是ib1、ib2、ib3、ib4，則在θ1所對應的三角形內，設步進角為θb，則α=180°-θb，β=θb-θ1，由正弦定理得考慮到一般情況，由于細分時步進電機控制脈沖波形是階梯型，如對b相進行4步細分時,其電流輸入依次為ib1、ib1+ib2、ib1+ib2+ib3、ib1+ib2+ib3+ib4，相應合成磁勢轉過的角度為θ1、θ1+θ2、θ1+θ2+θ3、θ1+θ2+θ3+θ4，此時設ibk即為電流合成向量中b相階梯波中*k階的電流值，θk即為此時合成磁勢相應轉過的角度。由此推出，對b相來講，在步進電機的步進角度為θb時，考慮到ia=ib，則階梯波型其任一階的電流值為同理，可求得a相和c相在細分時對應的階梯波電流值。對(1)式求解，考慮d/a器件dac0830的轉換精度是8位，轉換穩定時間是1μs，故較大進行了128步細分的運算，相應求得其對應的細分電流值，并進行了相應的轉換，得到對應的二進制數值列表。此時，列表全部的數值就是在實現128步細分時，對應階梯波各階的電流值。

2.3多級細分驅動的實現

要在細分的基礎上實現多級細分，就必須針對不同的細分檔位生成不同的階梯波。為此，該系統采用了循環增量查表法。首先建立階梯波數值存儲表格，有兩種方法，一種是針對每種細分方式建立相應的表格，其特點是細分種類多樣，但表格所占空間較大；另外一種，也就是該系統采用的，以較大細分檔位對應的步數僅建立一個表格，大大減少了所需的存儲空間，并減少了程序運行中的不穩定因素。在具體控制中，該系統通過設定循環增量基數，使不同的細分檔位對應不同的細分步數，實現了多級細分驅動。

循環增量基數是指針對不同的細分檔位，實現等間隔尋址時相應跳躍的步數。循環增量基數是在細分檔位設定后，由相應的計算公式得到。由于該系統較大細分步數為128步，即表格較大長度為128個字節，若細分步數為m步，則循環增量基數為lb=(128/m)-1。不同的檔位對應不同的循環增量基數，同一表格就產生了多級細分所需的階梯波。