系列文章目录

1.元件基础
2.电路设计
3.PCB设计
4.元件焊接
5.板子调试
6.程序设计
7.算法学习
8.编写exe
9.检测标准
10.项目举例
11.职业规划

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前言

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电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。作为电力人对电机的也不能仅限于认识而已，应该深入了解它的结构、基本原理以及应用。

1、电机发展史

电机发展史

不看后悔！最全的电机分类，看这一篇就够了！

常见电机的分类

2、电机入门

①、书籍

电机控制入门学习

②、视频

电机精华版教程

③、开发文档

开发文档

④、博客

1、电机总结
2、电机原理及参数详解

3、什么是步进电机

步进电机是一种直接将电脉冲转化为机械运动的机电装置， 通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、 频率和数量，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制。在不借助带位置感应的闭环反馈控制系统的情况下、使用步进电机与其配套的驱动器共同组成的控制简便、低成本的开环控制系统，就可以实现精确的位置和速度控制。

4、基本结构和工作原理

基本结构：

工作原理：
步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过其内部的逻辑电路，控制步进电机的绕组以一定的时序正向或反向通电，使得电机正向/反向旋转或者锁定。
以1.8度两相步进电机为例：当两相绕组都通电励磁时，电机输出轴将静止并锁定位置。在额定电流下使电机保持锁定的最大力矩为保持力矩。如果其中一相绕组的电流发生了变向，则电机将顺着一个既定方向旋转一步（1.8度）。
同理，如果是另外一项绕组的电流发生了变向，则电机将顺着与前者相反的方向旋转一步（1.8度）。当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时，则电机会顺着既定的方向实现连续旋转步进，运行精度非常高。对于1.8度两相步进电机旋转一周需200步。

两相步进电机有两种绕组形式：双极性和单极性。双极性电机每相上只有一个绕组线圈，电机连续旋转时电流要在同一线圈内依次变向励磁，驱动电路设计上需要八个电子开关进行顺序切换。

单极性电机每相上有两个极性相反的绕组线圈，电机连续旋转时只要交替对同一相上的两个绕组线圈进行通电励磁。驱动电路设计上只需要四个电子开关。在双极性驱动模式下，因为每相的绕组线圈为100%励磁，所以双极性驱动模式下电机的输出力矩比单极性驱动模式下提高了约40%。

4、负载

5、速度-力矩曲线

例如： 距角1.8°的步进电机，在1/2细分驱动方式下（即每步 0.9°）， 工作频率 500Hz时的转速为1.25r/s。

6、加速/减速运动控制

当电机运行频率点在速度-力矩曲线的连续运行区域内时， 如何缩短电机启动或停止时的加速或减速时间，使电机更长时间地运行在最佳速度状态，从而提高电机的有效运行时间是非常关键的。

如下图所示，步进电机的动态力矩特性曲线，低速运行时曲线为水平直线状态；高速运行时，由于受到电感的影响，曲线发生了指数下降。


备注：

J表示电机转子加负载时的转动惯量。
q表示每一步的转动角度， 在整部驱动时就是指电机的步距角。
在减速运行时， 只需将上述的加速脉冲频率反转过来计算就可以了。

7、振动与噪音

一般来讲， 步进电机在空载运行情况下（50~100转/分的范围内）， 当电机的运行频率接近或等于电机转子的固有频率时会发生共振，严重的会发生失步现象。

针对共振的几种解决方案：

A.避开振动区：使电机的工作频率不落在振动范围内。

B.采用细分的驱动模式：使用微步驱动模式，将原来的一步细分为多步运行， 提高电机的每步分辨率， 从而降低振动。这可以通过调整电机的相电流比来实现的。微步并不会增加步距角精确度， 却能使电机运行更加平稳， 噪音更小。一般电机在半步运行时， 力矩会比整步时小15%， 而采用正弦波电流控制时， 力矩将减小30%。

8、命名规则

9、接线图

10、一般规格

11、扭力

12、直流电机的原理及驱动

①、启动电流

选择直流电机驱动芯片时，芯片的驱动电流要大于电机的堵转电流；

如上表所示，该电机具有1.25A 的标称额定连续电流，其对应于允许的最大连续扭矩负载。看到这个值，人们可能会认为，电机驱动只需要支持 1.25A 的最大电流即可。但是，堵转电流（电机停止时，额定电压下的电机电流）为 3.3A。 这意味着电机驱动必须能够驱动堵转电流以使电机旋转，或者必须提供电流限制以软启动电机。否则，电机驱动可能会激活过流保护 (OCP) 功能。而如果没有过流保护功能，设备将可能被损坏。此外，启动电机需要大电流，也需要能够支持这种大电流的电源。在电池供电系统中，尽管大电流脉冲持续的时间有限，电池仍会因为吸收这些脉冲而缩短寿命，因此在电机启动时，限流是有益的。

1、直流电机直接启动最初启动电流很大，为什么？
2、如何减小直流电机启动瞬间的高电流

②、原理及驱动

1、直流电机的原理及驱动
2、直流电机驱动芯片

13、步进电机原理及驱动

1、步进电机原理及驱动
2、图文介绍步进电机的满步、半步、微步驱动（细分）原理
3、拓展模块使用教程和心得(6)：步进电机及其驱动与算法

①、为什么步进电机走一步是1.8度

1、步进电机是如何转起来的？原理真奇妙，我这个小白也看懂了
2、图文讲解步进电机的类型结构与原理，非专业人士也能看懂
3、混合式步进电机

按照上述三个文章阅读顺序，就弄明白为什么步进电机走一步是1.8度了，如果不懂，请在阅读一遍。

因为步进电机的定子与转子上都有好多小齿，这些小齿绿色与红色分别为磁铁的N与S，且交错排列。所以定子磁场旋转90度时，转子只旋转1.8度就稳定了。假如没有这些小齿的话，转子就是一个棒状的磁铁，一头是N，另一头是S，就会像你说的那样，90度才稳定。好些原理解释的文章都是直接把转子当做一根棒状的磁铁，就容易让人疑惑这点。如果一个步进电机的最小步进角是1.8度的话，想进一步提高分辨率，就得在驱动器上做文章，也就是平时所说的细分的概念，就是改变定子线圈的电流的大小，进而改变定子产生磁场的强弱。

步进电机转子和定子上分布很多小齿的，以50齿为例，
四拍运行时步距角为θ=360度/（50 * 4）=1.8度（俗称整步），
八拍运行时步距角为θ=360度/（50 * 8）=0.9度（俗称半步）。

②、28BYJ-48和42步进电机

什么是步进电机，步进电机的巧妙原理

14、电机温升

当电机处于热量平衡装态，温度不再升高时，电机的温度与环境温度之差称之为电机温升。既：温升＝电机温度－环境温度; 用K为单位。
电机温升是怎么测试？

15、步进电机与伺服电机的区别

1.控制精度

步进电机的精度由步距角决定，两相步距角为1.8度，三相步距角为1.2度，五相步距角为0.72度。

伺服电机的精度由编码器决定，精度可以非常高。

2.低频特性

步进电机低速运行时会出现低频震动的现象。

伺服电机运转平稳不会出现这种现象。

3.矩频特性

步进电机的力矩随着频率（速度）的升高而变小，会出现高速丢步的现象。

伺服电机可以实现恒转矩运行。

4.过载能力

步进电机没有过载能力。

伺服电机可以承受三倍于额定力矩的过载。

5.控制方式

步进电机是开环控制。

伺服电机是闭环控制。

6.速度响应

步进电机的速度响应时间大概是200~400ms。

伺服电机的速度响应时间大概是几毫秒。用于快速启动的场合。

7.效率

步进电机效率较低，约为60%以下，会导致温升很高。

伺服电机效率较高，约在80%以上。

8.价格

伺服电机很贵。

18、步进电机功率计算

●步进电动机功率计算：
功率 [W] ＝0.1047×T×N
0.1047： 常数
T [N・m]： 转矩
N [r/min]： 转速

代入不同的“转速”，算出的功率(W)也会有所不同。以步进电动机AZM66为例，
当转速为500r/min时，转矩为1.25N・ｍ。

将转速500r/min、转矩1.25N・ｍ代入公式：
0.1047×1.25×500＝65.4W
（注：未加入安全值计算）

17、位置控制方案对比

18、PWM与步进电机

什么是步进电机？
步进电机是将电脉冲信号，转变为角位移或线位移的开环控制电机，又称为脉冲电机。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就可以驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”。
非超载情况下
PWM频率对应步进电机转速；
PWM占空比对应步进电机扭矩；
PWM频率不能在刚上电的时候就很大，频率要一点点加上来；
（步进电机直接给很高的频率，电机容易堵转，这是因为高频率下启动，磁力的变化非常快，步进电机是靠磁力的步进移动，从而带动转子的角位移，但是转子有一定惯性，因此，步进电机转子在磁力的作用下还未移动，就被下一个反方向的磁力扯回来了，这就发生了堵转。）

19、直流电机的3种启动方式

直流电动机如何启动，直流电机的启动方式

20、微型直流电机转速控制的3种方式

微型直流电机转速控制的3种方式

21、直流有刷电机串电阻并电容并二极管

串电阻（启动时有用）： 在直流电机的任意一根线上串一个电阻；
电机在不转动时候相当于短路，电源接通瞬间会产生很大的电流，电源电网会受到很大的冲击，造成供电不稳，所以要穿来一个启动电阻，用来限制最大电流。

并电容（运转时有用）： 消除直流电机电刷产生的火花高频干扰用的。
小功率直流电机上并电容的作用

并二级管（停止换向时有用）：——★1、电机马达属于电感性元件，当马达的电流断开的瞬间，会产生非常大的反电势。设计这个二极管就是为反电势提供通路的，否则，反电势会击穿集成芯片。
——★2、这个二极管是为反电势提供通路的，也叫做续流二极管。

22、一个电机能在不同国家使用吗？

能否使用要看电机的设计。
现在有宽频电压（110-250v）和50/60hz自适应的电机，这样的就能绝大部分国家使用了。
如果是普通电机，即使通过调压设备调压达到电压一致，但电压频率不同的话，电机看似能工作，但工作状态不正常，不是功率不足，温升快，就是相当于超频使用，会缩短寿命甚至造成风险，不推荐这样使用。

23、步进电机磁编码器

1、AS5600步进电机编码器12bit（原理图+pcb+stm32控制代码）
2、MT6701磁编码器使用指南，14Bit单圈绝对值，I2C stm32 HAL库读角度，兼容AS5600
3、各厂商磁编码器对比，AS5047、AS5048、AS5600、TLE5120、MA730

24、如何消除步进电机的噪音和振动?

如何消除步进电机的噪音和振动?

25、在汽车中实施控制的芯片举例

26、伺服电机交流好还是直流好

伺服电机交流好还是直流好

27、伺服电机磁编码器

MBS磁编码器

28、步进电机的选型

现在制造工业技术的发展，到处都离不开步进电机，步机电机的选型是一项非常繁琐的事情，要求选型人员不仅了解机械知识，还涉及到许多电子与计算机方面的知识。要是片面的从驱动电流来考虑如何选步进电机，那肯定是不合适的，所以如何选择步进电机，必须了解一些基本参数的含义，例如静力矩，驱动方式，驱动电压，驱动电流等

静力矩
  步进电机的静力矩是指两相线圈通额定电流且电机不转时，电机转子的保持转矩，一定程度上也反映了电机的能力，近似于传统电机所称的“功率”。
  
驱动方式
  步进电机性能除了电机本体外，还会根据驱动方式不同而受到很大影响。选择步进电机与驱动器时，也要着重考虑驱动方式。常规驱动方式可分为恒电压与恒流驱动，单极性与双极性驱动。
  恒定电压驱动，即便使用的驱动电压为12V或24V，电机的电阻值一定要匹配，通常电阻值为几十欧，要不然电流会太大，可能烧掉你的驱动芯片，除非你选的芯片额定电流足够大。恒定电流驱动，通常是针对一些电阻较小的电机，这样电机的电流值会稍大一些，常用的有1-3A。电流再大的话，你就需要选一些更贵的驱动芯片。
  对比单极性与双极性的驱动电路，单极性驱动电路功率管用4个，线圈电流在线圈内单一方向流动。而双极性驱动电路功率管的个数为单极性的2倍，需要8个，正向与反向的电流在线圈内正反向交替流过，交替导通，短时同时导通会造成电源短路，产生强大的电流，因此有必要附加防止短路电路，双极性驱动电路比单极性的情况要复杂。一般低速大转矩的负载使用双极性驱动，而高速驱动应用以单极性驱动较合适。
  
驱动电压
  驱动电压是指驱动器的输入电压，这个与机器的使用环境等相关，可以选直流12V，24V，48V等，也可选交流24V，36V，50V，60V，110V，220V等等。电压的选择对电机的性能影响是：电压越高，步进电机的性能越好，特别是电机的高速性能越好。
  
驱动电流
  驱动电流是指步进电机单相绕组两端的电流，也叫相电流。驱动电流并不表示电机只能够在这个电流下工作，可以大于驱动电流，也可以小于驱动电流工作，换句话说驱动电流的规格值是一个参照值，通常是根据大部分使用工况下电机可以承受的温升设定的。

距频特性
  电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的。电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。电机的输出转矩，与转速成反比。就是说，步进电机在低速(每分钟几百转或更低转速)时输出转矩较大，在高速时的转矩(1000转/分以上)就很小了。当然，有些工况环境需要高速电机，就要对步进电动机的驱动电压，线圈电阻、电感等指标进行衡量。调高驱动器输入电压，采用小电感大电流的电机，能够在高速获得较大输出转矩。
  

相数
  所谓“相数”，就是电机的线圈组数。二、三、四、五相步进电机分别对应有2、3、4、5组线圈。很多客户采购电机时几乎没有什么重视相数，大多是随便购买。其实，不同相数的电机，工作效果是不同的。2相电机能提供0.9°与1.8°的步进角，3相电机能提供1.2°步进角。步进角越小，电机运转比较平滑。大多数场合，使用两相电机比较多。在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是比较实用的。
  
空载起动频率
  步进电机空载起动频率，通常称为“空起频率”。这是选购电机比较重要的一项指标。如果要求在瞬间频繁启动、停止，并且，转速在1000转/分钟左右(或更高)，通常需要“加速启动”。如果需要直接启动达到高速运转，最好选择反应式或永磁电机。这些电机的“空起频率”都比较高。混合式步进电机一般空载起动频率较低，没有提供这个参数。
  
定制服务
例如，输出轴的直径，长度和方向等。

29、如何评价和描述一个伺服电机驱动器的性能

如何评价和描述一个伺服电机驱动器的性能
国标从转速调整率、位置跟踪误差、转矩波动、转速波动、转速变化时间响应、频带宽度(带宽)、惯量适用范围、静态刚度这几个纬度对伺服系统的性能进行了定量描述。