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NEMA指南17步進電動機：它們的工作方式，優勢和缺點，如何使用它們以及其應用程序方案
2024-01-19 14089

在當今高度自動化的技術領域中，NEMA 17步進電動機具有精確的控制能力和可靠的適應性，已成為精確控制系統的重要組成部分。本文旨在深入研究NEMA 17步進電動機在高級應用中的構建，特徵和控制策略。從其獨特的步長特性和有效的能量轉換功能到在各種應用程序方面的性能，我們將詳細分析該電機的技術細節和應用優勢。特別是在3D打印機，CNC機器和機器人技術等領域，NEMA 17步進電機以其高定位準確性和強烈的固定扭矩表現出不可替代的重要性。我們還將探索其線圈佈局，電流控制和驅動程序配置，這些配置共同確定了電動機的性能和效率。

什麼是Nema 17
NEMA 17接線配置
NEMA的特徵和規格17
NEMA的優點和缺點17
NEMA 17步進電動機使用和控制策略
NEMA 17步進電動機應用
結論
常問問題

什麼是Nema 17

步進電機

NEMA 17步進電動機是精密控制系統的基石，在提供詳細的角度管理方面表現出色。它的顯著特徵是1.8°階躍角，它有助於運動軸在每個步驟中準確旋轉。完整的360°旋轉需要200個步驟。事實證明，這種複雜的踏板有助於提高定位準確性，使電動機成為準確性至關重要的3D打印機，CNC機器和機器人的絕佳選擇。

NEMA 17電動機在標準12V上運行，並且能夠每階段最高1.2A管理。該能力在確保最大保持扭矩方面起著關鍵作用。峰值固定扭矩高達3.2 kg-cm，該電動機非常適合處理自動化設備中發現的大載荷。

NEMA 17接線配置

Nema的工作方式17

接線配置是一個值得注意的方面，NEMA 17電動機包括六個顏色編碼的電線，帶有裸露的導線端。這些電線的功能取決於它們是在單極還是雙極步進運動驅動器中。

電動機的繞組分為兩組：第一組包含黑色，黃色和綠色導體，第二個包含紅色，白色和藍色導體。這種特殊的安排對於有效管理當前和扭矩至關重要。在這些繞組中，電流的方向和強度複雜地影響所得的磁場，從而影響扭矩和速度。仔細管理這些繞組對於確保在不同的負載條件下確保電動機穩定，有效地操作至關重要。

此外，適當的接線配置超出了僅僅性能的注意事項。它顯著影響電動機的壽命。接線不當會導致電動機過熱或減少扭矩等問題，而正確的設置可以最大程度地提高效率和輸出。因此，在步進運動控制系統的設計和實施中，必須注意這些複雜問題。

引腳號	引腳名稱	電線顏色
1	COIL1	黑色的
2	COIL2	黃色的
3	COIL3	綠色的
4	COIL4	紅色的
5	COIL5	白色的
6	COIL6	藍色的

NEMA的特徵和規格17

特徵

有效地將電流轉換為扭矩。
高耐用性和準確性。
適用於Makerbot，Mbot，等各種設備。
適度尺寸，以便於集成。

規格

1.8度的步長。
重量為350克。
每條繞組的額定電流為1.2a。
輸出軸直徑為5mm。
控制尺寸為42.3mm×48mm（不包括軸）。
4線，8英寸的線索。
保持扭矩為3.2 kg-cm。
額定電壓為4V，工作電壓為12V直流。
每條繞組的電感為2.8 mh。
導線長度為30厘米。
工作溫度範圍為-10至40°C。
保持扭矩為22.2盎司。

NEMA的優點和缺點17

步進電動機的結構

步進電動機的優勢

轉子的旋轉角由施加的脈衝數確定。步進電機旋轉不均勻，但步驟具有一定的值。因此，要將軸轉向所需的位置，我們只需應用已知數量的脈衝。

該位置取決於輸入脈衝，從而實現無反饋定位。一步，一個衝動。隨著提供的脈衝數量，發動機進入該位置。

發動機在停止模式下提供完整的扭矩。這很好，因為電動機不需要剎車來保持軸的位置，因此您可以在駕駛員的幫助下制動它。

精確定位和可重複性。良好的步進電機的精度為音高值的3％至5％。此錯誤不會從一個步驟到另一個步驟積累，因為每個發動機革命的步驟數量恆定，這總是導致360度轉彎。

高可靠性。電動機的高可靠性是由於缺乏刷子。使用壽命取決於軸承的使用壽命。

獲得低rpm的可能性。為了獲得較低的電動機速度，它足以降低脈搏速率，然後電動機會變慢，並且速度很小。

低速扭矩。低速下的高扭矩消除了對變速箱的需求，從而簡化了設備設計。

可以覆蓋相當大的速度範圍。電動機的速度與輸入脈衝的頻率成正比，通過傳遞速度更快或較慢，我們也會影響旋轉速度。

步進電動機的缺點

步進電動機的特徵是共振現象。步進電動機具有固有的共振頻率。這是因為轉子將振盪一段時間，然後在向繞組提供電流後鎖定到最終位置，而轉子的慣性越大，振盪越強。共振會導致噪聲，振動和發動機扭矩減少。擊敗共鳴的一種方法是增加音高分歧。微型步驟中的小動作不需要長時間的加速度和轉子固定，在步驟之間迅速停止並增加行走頻率以上的諧振頻率。

由於操作沒有反饋，因此位置控制可能會丟失。如果軸上的力超過電動機可以產生的功能，它將開始跳過步驟。由於電動機沒有反饋，因此控制器無法知道，即使電動機再次開始旋轉，它也從錯誤的操作位置開始。為了彌補這一缺點，您可以使用伺服步進電動機或通過增加電壓來增加軸上的扭矩，將驅動器調整為較高的電流，或用更強大的電動機替換電動機。

無論負載如何消耗能量。中性位置的步進電動機以完整的扭矩鎖定。他也有很多動力。因此，它繼續消耗功率，而沒有太大依賴軸的負載。我們可以通過使用駕駛員減少保持模式下提供的電流來減少電動機的總體能耗。

很難高速工作。在高速速度下，步進電動機會損壞很多扭矩，當達到一定的速度時，扭矩變得如此低，以至於軸無法繼續轉動。此時，發動機以提供的脈衝頻率停止和嗡嗡作響。可以通過增加電源電壓來消除這種缺點，這將在更高和更低的rpm處增加扭矩，使用更高級的驅動器，以高速切換到全穩定的發動機控制，或者簡單地用伺服驅動器替換步進驅動器（它是為了高速而設計的。

就每克重量的功率密度而言，步進電動機不是最飽和的電動驅動器。

NEMA 17步進電動機使用和控制策略

利用NEMA 17電子項目

要了解如何使用NEMA 17步進電機，您必須深入研究其線圈佈局和工作原理。這對於精確控制和優化性能至關重要。電動機的機制取決於其內部線圈內的電磁相互作用。在這裡，控制運動旋轉角度和速度的訣竅是操縱這些線圈中電流的方向和強度。

高電流平局是NEMA 17在苛刻的應用中的標誌。為了解決此問題，建議使用專門的步進電機驅動器IC，例如A4988。A4988驅動程序以微調電流控制效果出色。這種精度在減輕電動機內部的熱量積聚中起著關鍵作用，從而提高了步驟的準確性。獨特的驅動器最多可容納五個步驟的決議 - 完整的步驟，半步驟，四分之一步，第八步和第16步。這種多功能性對於需要各種步驟準確性的多種應用至關重要。

NEMA 17的接線方面很有趣。它的六根電線連接到兩個分開的繞組，該設計允許在單極和雙極模式下運行。在單極模式下，中心繞組的水龍頭連接到正供應。繞組末端通過驅動電路交替連接到地面。此設置有助於低電流操作，非常適合當優先級高扭矩的應用。相比之下，雙極模式具有直接連接到駕駛員的兩個繞組。這使電流可以在兩個方向上流動，從而增強扭矩和控制。

在現實生活中，電動機驅動器的微填充設置可以改變步進電機的性能。MicroStepping是一種複雜的控制策略，它使電動機能夠以小於標準步長大小的增量執行運動。這導致運動和更高的分辨率更平滑。例如，使用1/16微填充意味著每個標準1.8°步驟進一步分為16個更好的步驟，從而顯著提高了定位精度。

NEMA 17步進電動機的有效使用取決於對驅動電流和步驟分辨率的精確控制。此外，對其線圈繞組的徹底理解和正確配置至關重要。這種方法不僅可以提高電動機的運行效率和性能，還可以幫助延長其使用壽命，尤其是在涉及高負載和長時間操作的情況下。