二相混合式步進電機和三相混合式步進電機的比較

您已將運動控制解決方案的搜索范圍縮小到步進電機?，F(xiàn)在是時候決定，二相混合式步進電機還是三相混合式步進電機？精博電機生產(chǎn)二相（1.8°/ 0.9°）和三相（0.72°/ 0.36°）混合式步進電機和驅(qū)動器。我們提供的指南涵蓋了兩種技術(shù)在步進電機性能關(guān)鍵領(lǐng)域的基本差異：分辨率，振動，扭矩，精度和同步性。精博電機經(jīng)驗豐富的技術(shù)支持人員也可以對這兩種技術(shù)進行更深入的解釋。

二相混合式步進電機和三相混合式步進電機之間有什么區(qū)別？

混合式步進電機結(jié)構(gòu)

二相和三相混合式步進電機有兩個主要區(qū)別。首先是機械的。步進電機基本上由兩部分組成，定子和轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子又由三個部件組成; 轉(zhuǎn)子杯1，轉(zhuǎn)子杯2和yong久磁鐵。在二相混合式步進電機中，定子由8個小齒的磁極組成，而5相電動機定子由10個磁極組成。定子中的磁極分別設(shè)置有繞組。

二相和三相之間的第er個區(qū)別是相數(shù)。二相電機具有二相，即“A”相和“B”相，而三相電動機具有三相。基本上，相數(shù)是指為了吸引轉(zhuǎn)子而依次通電的不同極組合。

2相和5相頭對頭

這些差異如何影響績效？步進電機的性能涉及許多因素。有許多方法可以驅(qū)動步進電機，驅(qū)動器會極大地影響電機的性能。Wave Drive，F(xiàn)ull Step，Half Step和Microstep是最常見的驅(qū)動方法，每種方法都提供非常不同的性能。如果不考慮各種驅(qū)動方法，這里是2相和5相步進電機的關(guān)鍵性能領(lǐng)域。

解析度

在結(jié)構(gòu)上，三相混合式步進電機與二相混合式步進電機沒有什么不同。兩個電機中的轉(zhuǎn)子有50個齒。不同之處在于，由于三相電機有10個極，每相2個，因此轉(zhuǎn)子只需移動1/10齒距即可與下一個相位對齊。在二相電動機中，轉(zhuǎn)子必須移動1/4齒距以與下一相（8極，每相4個）對齊。

這導致二相每轉(zhuǎn)200步，每步1.8°，而5相每轉(zhuǎn)500步，每步0.72°。增加的三相分辨率是其設(shè)計所固有的。當與微步進驅(qū)動器配合使用時，三相電機可以制作小至0.00288°的步長，但是，位置精度和可重復性仍然取決于電機的機械精度。二相和三相混合式步進電機的機械精度為±3弧分（0.05°）。 

振動

由于三相混合式步進電機的步進角較小，在二相電機中為0.72°而1.8°，因此三相電機的振動遠小于二相。右圖顯示了三相混合式步進電機產(chǎn)生的振動與二相混合式步進電機產(chǎn)生的振動。如您所見，兩相電機產(chǎn)生的振動更大。

*右邊的圖表表示每轉(zhuǎn)三相混合式步進電機的微步進。這些圖是通過將發(fā)電機連接到雙軸電機而創(chuàng)建的。當電動機振動時，產(chǎn)生的電壓被繪制成圖形。電機振動越大，產(chǎn)生的電壓越大。 

扭力

雖然兩相步進電機和五相步進電機的輸出轉(zhuǎn)矩之間幾乎沒有差別，但五相電機確實具有更多“可用”的轉(zhuǎn)矩。這主要是由于兩個電機產(chǎn)生的扭矩波動量。

半步或微步進三相混合式步進電機實際上會增加扭矩高達10％，因為更多的相被激勵。當半步進和微步進時，二相電機將失去高達40％的扭矩，然而，許多二相驅(qū)動器通過過度驅(qū)動相反的扭矩矢量來補償。

當定子通電時，它產(chǎn)生一個吸引轉(zhuǎn)子磁通量的電磁鐵。磁通量可以分為兩個矢量，一個是正常的，一個是切向的。僅在存在切向分量時才產(chǎn)生扭矩。切向通量的存在如下圖所示。

在圖1中，轉(zhuǎn)子齒與定子齒直接對齊，并且磁通僅具有正常分量，因此不產(chǎn)生扭矩。當轉(zhuǎn)子齒從圖2,3和4中  的定子齒移位時，電動機產(chǎn)生扭矩。我們將此扭矩稱為負值，因為扭矩試圖將齒拉回到穩(wěn)定位置。在  圖5中，磁通量在定子齒之間均勻分配，并且不產(chǎn)生扭矩。通過  圖6,7和8 ，當移位的轉(zhuǎn)子齒移動以與下一個定子齒對齊時，產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩。zui后，轉(zhuǎn)子齒與下一個定子齒直接對齊（圖1）。

步進電機角度與扭矩

電動機的每個相都將正弦形扭矩位移曲線貢獻給電動機的總輸出扭矩（如下圖所示）。峰值和谷值之間的差異稱為轉(zhuǎn)矩波動。扭矩波動引起振動，因此差異越大，振動越大。

由于有更多的相位對電機的總轉(zhuǎn)矩有影響，因此與二相電機相比，三相電機的轉(zhuǎn)矩波動大大減小。二相電動機中峰值和谷值之間的差異可以高達29％，而5相僅為5％左右。由于轉(zhuǎn)矩波動直接影響振動，因此三相電機比二相運行更平穩(wěn)。

兩相扭矩位移

三相扭矩位移

準確性/可重復性

精度有兩個組成部分，電氣和機械。相位不平衡會導致電氣錯誤。例如，電機的繞組電阻規(guī)格為±10％，雖然電機額定功率為10W，但一相可能為9.2W，另一相可能為10.6W。相之間的這種差異將導致轉(zhuǎn)子更多地朝向一相而不是另一相。

機械誤差有幾個組成部分，主要是齒形配置。盡管電動機上的齒應(yīng)該是方形的，但是沖壓過程和模具的老化可以使一些齒或齒的一部分變圓。而不是直接流動的磁通量，當齒被倒圓時，它可以流到別處。因此，這些因素有助于提高電機的精度。

使用全步驅(qū)動，二相混合式步進電機每4步重復一次，而在三相混合式步進電機中，狀態(tài)每10步重復一次。由相位不平衡引起的任何電氣誤差在二相混合式步進電機中每4步取消，在5相中每10步消除，僅留下機械誤差。

一旦電機完成360°旋轉(zhuǎn)，相同的齒現(xiàn)在在原始起點處排成一行，消除了機械誤差。由于2相電機每轉(zhuǎn)200步，因此每200步幾乎wan美，而5相電機每轉(zhuǎn)500步，每500步幾乎wam美。

同步

因為三相混合式步進電機每步僅移動0.72°，所以三相混合式步進電機幾乎不可能由于過沖/下沖而錯過一個步驟。當轉(zhuǎn)子上的齒不與定子上的正確齒對齊時，電動機將失去同步或錯過一步。什么會導致牙齒不正確對齊？首先，為了使轉(zhuǎn)子齒不能正確對準，另一個齒必須在它應(yīng)該的位置對齊。為了實現(xiàn)這一點，轉(zhuǎn)子必須超過（超過正確的定子齒）或下沖（不能移動到足以與正確的定子齒對齊）超過3.6°。為什么3.6°？好吧，因為轉(zhuǎn)子齒被磁性吸引，正確的齒需要在定子齒之間的一半以上對齊（轉(zhuǎn)子齒之間的7.2°除以2得到3.6°）。因此，當轉(zhuǎn)子超過正確的定子齒超過3.6°時，下一個齒將在其位置對齊，導致您跳過一個步驟。相反，如果轉(zhuǎn)子未能移動超過3.6°，則當前轉(zhuǎn)子齒將保持與定子齒對齊并且轉(zhuǎn)子不會旋轉(zhuǎn)，這意味著您錯過了一個步驟。

驅(qū)動方法

對于二相和三相混合式步進電機，有許多驅(qū)動方法。以下是全步和微步驅(qū)動器概念的快速概述。

二相混合式步進電機（1.8°/步）

二相混合式步進電機為A相和B相供電，并在正負之間切換以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。

三相混合式步進電機（五角大樓4相勵磁）（0.72°/步）

四相勵磁系統(tǒng)是三相混合式步進電機獨有的，可提供更穩(wěn)定的運行。

微步驅(qū)動器通過將電流減小到一個相位來劃分電機的基本步進角，同時以遞增的方式將電流增加到下一個相位。這導致電機采取較小的步驟。使用微步驅(qū)動器，電機的基本步驟可分為1/1到1/250的較小步長。

圖1  - A相為100％電流，因此轉(zhuǎn)子直接排列。

圖2  - 相A的電流降低到75％，而25％的電流現(xiàn)在處于B相。

圖3  - A相和B相的電流均為50％，因此轉(zhuǎn)子直接在兩者中間排列。

圖4  - A相現(xiàn)在為25％，B相為75％，因此轉(zhuǎn)子靠近B相。

圖5  - A相關(guān)閉，B相為100％，因此轉(zhuǎn)子最終直接與B相對齊。

通過在這個例子中微調(diào)電動機，我們將三相混合式步進電機每轉(zhuǎn)的基本500步分為5，每轉(zhuǎn)增加2,500步。電機的分辨率現(xiàn)在為0.144°。

微步進不僅提供更高的分辨率，還可確保比其他驅(qū)動器更平穩(wěn)的操作，更低的振動和更低的噪音。

結(jié)論

根據(jù)您的具體應(yīng)用，二相電機可能就足夠了。然而，5相步進電機提供更高的分辨率，更低的振動，更高的加速和減速率（由于更小的步進角），并且與二相混合式步進電機相比，由于過沖/下沖而不太可能失去同步。對于要求高精度，低噪音和低振動的應(yīng)用，三相是更好的技術(shù)。