百格拉步进电机

德国百格拉公司

德国百格拉公司1934年以来一直致力于步进电机和伺服电机的研究、开发、生产工作。是世界上步进驱动系统行业的领导者。

该公司于1973年发明了五相混合式步进电机及其驱动器，克服了两相步进电机振动噪音大、只能用于简单应用场合的缺点，因此可胜任更高要求的任务，适合进行微步控制，并逐渐成为世界上许多五相步进电机生产厂家学习的典范。

但由于科学技术的不断发展，人们越来越发现五相步进电机的接线和相电流切换技术比较复杂，生产成本又很高，为了追求高效益、低成本，达到最佳的性能价格比，百格拉公司把交流伺服原理应用到步进电机系统中，于1993年又推出了性能更加优越的三相混合式步进电机，该步进电机吸取五相电机的优点，与其配套的驱动器采用了交流伺服电机驱动器工作方式，这种电机系统彻底解决了传统步进电机低速爬行、有共振区、噪音大、高速扭矩小、起动频率低和驱动器可靠性差等缺点，因此被称为具有交流伺服电机运行特性的步进电机系统。

为满足客户对更大功率、更高动态性能等的要求，百格拉公司开发了全新的交流伺服电机系统。

百格拉公司产品完全符合CE 标准，并率先通过ISO9001质量体系认证。

百格拉公司的步进电机系统以其可靠性高、性能价格比优越主宰着欧美市场，目前百格拉公司的步进电机系统已占据欧洲市场的85%，占美国市场的25%，中国市场的占有率也在急剧的上升。

目　　　　录　

第一章　　驱动器　

１．１　　驱动器概述…………………………………………………………………………１　１．１．１　　安全事项…………………………………………………………………………　１．１．２　　驱动器连线注意事项……………………………………………………………　１．１．３　　驱动器的特点……………………………………………………………………　　

１．２　　驱动器ＷＤ３－００７……………………………………………………………………１　１．２．１　　电气参数…………………………………………………………………………　１．２．２　　ＷＤ３－００７的主要特点……………………………………………………………　１．２．３　　连线及参数设置…………………………………………………………………　１．２．４　　控制信号接口……………………………………………………………………　１．２．５　　功能选择…………………………………………………………………………　１．２．６　　功率接口…………………………………………………………………………　１．２．７　　安装………………………………………………………………………………　１．２．８　　故障诊断…………………………………………………………………………　１．２．９　　故障排除…………………………………………………………………………　　

１．３　　驱动器ＷＤ３－００８、ＷＤＭ３－００８………………………………………………………１　１．３．１　　电气参数…………………………………………………………………………　１．３．２　　ＷＤ３－００８、ＷＤＭ３－００８的主要特点………………………………………………　１．３．３　　连线及参数设置…………………………………………………………………　１．３．４　　控制信号接口……………………………………………………………………　１．３．５　　功能选择…………………………………………………………………………　１．３．６　　功率接口…………………………………………………………………………　１．３．７　　安装………………………………………………………………………………　１．３．８　　故障诊断…………………………………………………………………………　１．３．９　　故障排除…………………………………………………………………………　　

１．４　　驱动器Ｄ９２１…………………………………………………………………………　１．４．１　　电气参数…………………………………………………………………………　１．４．２　　Ｄ９２１的主要特点…………………………………………………………………　１．４．３　　连线及参数设置…………………………………………………………………　１．４．４　　控制信号接口……………………………………………………………………　１．４．５　　功能选择…………………………………………………………………………　１．４．６　　功率接口…………………………………………………………………………　１．４．７　　状态指示…………………………………………………………………………　１．４．８　　安装………………………………………………………………………………　１．４．９　　故障诊断与排除…………………………………………………………………　　

第二章　　百格拉公司的三相混合式步进电机………………………………………………………　

２．１　　基本概念………………………………………………………………………………　　

２．２　　特殊的机械结构………………………………………………………………………　　

２．３　　先进的步进电机控制理论……………………………………………………………　　

２．４　　三相混合式步进电机的特点…………………………………………………………　　

２．５　　电机参数表……………………………………………………………………………　　

２．６　　电机安装尺寸…………………………………………………………………………　　

２．７　　抱闸电机………………………………………………………………………………　　

２．８　　矩频特性曲线…………………………………………………………………………　　

２．９　　电机转数与电机相电流的关系………………………………………………………　　

２．１０　电机温升………………………………………………………………………………　　

２．１１　采购选型………………………………………………………………………………　

第一章驱动器

百格拉三相混合式步进电机系统采用了与传统的两相和五相混合式步进电机系统截然不同的控制方式，它特有的优点使人们重新认识到步进电机在许多应用中可以取代甚至优于交流伺服电机。本说明书具体讲述了步进电机及其驱动器的独特之处和使用方法。安装使用前必须仔细阅读。　　

注：当对驱动器的输入电压、控制信号、制动电容、电机每转步数及输出轴等有特殊要求，或要选配抱闸、行星减速机和编码器时请与供应商联系。　

１．１　　驱动器概述　

本节讲述所有百格拉步进驱动器的公共特点及要求，必须严格遵守！　　

１．１．１　　安全事项　　

１．１．１．１　　安全说明　

・驱动器只能由专业技术人员安装和操作。　・严防意外事故的发生。　

・注意通用电器设备与机械设备的安装与配合。　・避免电磁干扰。　　

１．１．１．２　　注意事项　

・信号电缆和电机电缆必须带屏蔽、分别走线，距离越大抗干扰的效果越好。　・电机电缆最长为５０米，５０～１５０米电缆时选用特殊驱动器。　・信号电缆和电机电缆中多余线一定要剪掉并做绝缘处理。　

・除特殊要求外，输入信号电缆单端屏蔽：上位机端屏蔽接地，驱动器端悬空。　

・电机电缆双端屏蔽，一端接电机外壳，另一端接驱动器ＰＥ端子。　・信号电缆电压对地最高不许超过６０ＶＤＣ。　

１．１．１．３　　危险！！！　

・驱动器必须在下电三分钟后，才能再次接线、安装和参数设置！　・严禁带电对电机和驱动器进行任何参数设置和测量！　・驱动器未接电机前，严禁通电！　・驱动器的输入电压必须满足要求！　

・通电前，要确保电源电缆、电机电缆、信号电缆连接的正确性！　　

注意：不遵守安全说明和注意事项会降低驱动器的性能，甚至造成损坏，后果由用户自己负责！　注意：严禁用户打开驱动器，打开的驱动器将失去保修资格！　　

１．１．２　　驱动器连线注意事项　　　　　

１．１．２．１　　接地　

上位机（如ＰＬＣ、ＣＮＣ等），电机和驱动器的壳体必须用横截面大于４平方毫米的铜线与机器接地，地线必须在驱动器ＰＥ端子上拧紧，另一端固定在开关柜壳体地线上。地线连接处不能有锈、漆、油，要大面积接触，确保良好的导电性。所有接地线均采用星形接法（通过一个公共接地点接地）。　　

１．１．２．２　　安装环境　

驱动器要安装在开关柜中（壁挂式）。其周围要有２０ｍｍ的空间，不能放在其它发热设备旁。要避免粉尘、油物、腐蚀性气体、湿度太大及强震动场合。当粉尘中含导电物质时（如车削铸件），整个电箱要密封，严防粉尘侵入驱动器！　　

未满足环境要求而造成驱动器损坏，用户自己负责！　　

１．１．２．３　　控制信号　

・上位机控制信号为５Ｖ时可以直接输入到驱动器。　・控制信号为１２Ｖ时要串联一个６８０欧姆的限流电阻。　・控制信号为２４Ｖ时要串联一个１．８Ｋ欧姆的限流电阻。　　

注意：最好采用推拉式控制信号，这样噪声更小。　　

１．１．３　　驱动器的特点　

驱动器的种类很多，这里主要介绍常用的三种型号：Ｄ９２１、ＷＤ３－００７、ＷＤ３－００８，其共同特点如下：　・交流伺服工作原理，交流伺服运行特性，三相正弦电流驱动输出。　・高速启动电机（空载突跳速度达４．７至６．３转／秒）。　

・高电压、小电流驱动，电流随转速增高而变大、增大高速扭矩、减小电机发热。　・电路板采取三防处理，有过压、欠压、过流、相间短路、过热保护功能。　・十细分和半流功能。　

・输出相电流可设置（满足不同电机要求）。　

・ＷＤ３－００７具有相位记忆功能，电机上下电时，输出轴位置不变，给工作带来很大方便。　・可设定为两相和五相电机步／转，替代两相和五相电机。　

・定位精度更高，在１００００步／转时每步都能精确运动和定位，而且输出扭矩不下降。　・电机和驱动器间仅用３根线，同交流异步电机一样，减少连线出错的可能性。　

・驱动器与上位机间连线简单，都是三根线，可高电平或低电平有效。　

・低速无爬行、噪音小、几乎无共振、低速性能可与高档伺服的性能相媲美。　・高速扭矩提高近４０％，最高转速为３６００转／分，几乎无共振区。　・比同样尺寸的反应式步进电机所产生的功率大２０％左右。　・电机的扭矩与它的转速有关，而与电机每转的步数无关。　

１．２　　驱动器ＷＤ３－００７　

该驱动器主要驱动2Nm ~ 12Nm三相混合式步进电机，输入电压２２０ＶＡＣ，控制信号电压５ＶＤＣ，与百格拉电机配套性能最佳。　

１．２．１　　电气参数　

输入电压　输入电流　输出电压　输出电流　功　　　耗　温　　　度　湿　　　度　气　　　体　

单相２２０Ｖ输入（－３０％~＋２０％）；频率：４５~66Hz　

小于２．５安培　３×３２５ＶＡＣ　０．６６~2.5A　

功耗：８０Ｗ；　　内部保险：６．３Ａ　工作温度小于５０℃；存放温度－４０℃~70℃　

不能结露，不能有水珠　禁止有可燃气体和大量导电灰尘　

１．２．２　　ＷＤ３－００７的主要特点　

・交流伺服工作原理，交流伺服运行特性，三相正弦电流驱动输出。　・只要环境温度不超过５５℃，驱动器就可以正常工作。　

・电路板采取三防处理，有过热、过压、欠压、过流及电机相间短路保护功能。　・驱动器的输入电源是２２０ＶＡＣ，变化范围是：－３０％~＋２０％。　

・电机和驱动器间仅用３根线，同交流异步电机一样，减少连线出错的可能性。　

・几乎无共振和爬行，输出相电流可设置，带有十细分和半流功能特性，噪声几乎与交流伺服电机一样。　

・比同样尺寸的反应式步进电机所产生的功率大２０％左右。　・电机的扭矩与它的转速有关，而与电机每转的步数无关。　

・电机每转步数可依用户要求分别设定为５００、１０００、５０００、１００００步／转。　

・由于驱动器采用了正弦电流驱动，使电机的空载启动频率高达４．３至５．３ＫＨｚ。　・电机上下电时，输出轴位置不变，给工作带来很大方便。　　

１．２．３　　连线及参数设置　　　　

图１：ＷＤ３－００７面板图　

１．２．４　　控制信号接口　

１．２．４．１　　控制信号定义　

ＰＵＬＳＥ：　　　脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使电机转动一步。　

ＤＩＲ：　　　　　方向信号输入端，如“ＤＩＲ”为低电平，电机按顺时针方向旋转；“ＤＩＲ”为高电平电机按逆时

针方向旋转。　

ＣＷ：　　　　　　正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。　ＣＣＷ：　　　　　反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。　

ＲＥＳＥＴ：　　　复位信号，如复位信号为低电平时，输入脉冲信号起作用，如果复位信号为高电平时就禁止任

何有效的脉冲，输入信号无效，电机无保持扭矩。　

ＲＥＡＤＤＹ：　　　输入报警信号：ＲＥＡＤＹ是继电器开关，当驱动器正常工作时继电器闭合，当驱动器工作异常

时继电器断开。继电器允许最高输入电压和电流是：３５ＶＤＣ，１０ｍＡ≤Ｉ≤２００ｍＡ，电阻性负载。如用该继电器，要把他串联到ＣＮＣ的某输入端。当驱动器正常工作时继电器闭合，外部２４ＶＤＣ通过继电器输入到ＣＮＣ输入端，否则外部２４ＶＤＣ无法输入到ＣＮＣ输入端。　

注意：ＰＵＬＳＥ＋与ＣＷ＋，ＰＵＬＳＥ－与ＣＷ－，ＤＩＲ－与ＣＣＷ－对应同一个接线口，按控制方式不同给出的两种定义

名称。　

下面为脉冲、方向信号时序图：　

图２：脉冲和方向信号时序图　

１．２．４．２　　控制信号连接　

上位机的控制信号可以高电平有效，也可以低电平有效。当高有效时，把所有控制信号的负端连在一起作为信号地，低有效时，把所有控制信号的正端连在一起作为信号公共端。　　注意：公共端不能与大地（壳体）接到一起。　“ＰＵＬＳＥ．ＳＹＳ”为控制方式选择开关（见图１），两种状态对应两种控制方式。　　

下表中列出了控制信号高有效和低有效时的接线方式　

ＰＵＬＳＥ．ＳＹＳ　

控制方式　

高电平有效接线　ＰＵＬＳＥ＋接正转信号　ＤＩＲ＋接反转信号　

ＰＵＬＳＥ－与ＤＩＲ－短接为信号地　ＰＵＬＳＥ＋接脉冲信号　ＤＩＲ＋接方向信号　

ＰＵＬＳＥ－与ＤＩＲ－短接为信号地　

１．２．４．３　　控制信号要求　

输入信号：输入信号采用光藕输入，输入内阻是１５０欧姆，脉宽≥２．５μｓ　

电压控制：２．５Ｖ≤高电平≤５．２５Ｖ之间，　－５．２５Ｖ≤低电平≤０．４Ｖ，　Ｉｍａｘ＝３０ｍＡ．　　　电流控制：７ｍＡ≤高电流≤２５ｍＡ，　－２５ｍＡ≤低电流≤０．２ｍＡ，Ｕｍａｘ＝５．２５Ｖ。　　

１．２．５　　功能选择（用驱动器面板上的拨码开关实现，开关位置见图１）　

ＭＯＴ．ＣＵＲＲ：设置输出相电流　

为了驱动一台不同扭矩的步进电机，可用旋转拨段开关来设置驱动器的输出电流（有效值），各开关位置对应的输出电流有效值如下表。　位置　电流　　

ＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２：设置电机每转步数　

驱动器ＷＤ３－００７可将电机的步数分别设置为５００、１０００、５０００、１００００步。用户可以通过驱动器正面板上的两个拨码开关ＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２设置电机的步数如下表：　

ＳＴＥＰ１状态　ＳＴＥＰ２状态　

ＯＦＦ　ＯＦＦ　

ＯＮ　ＯＦＦ　

ＯＦＦ　ＯＮ　

ＯＮ　ＯＮ　

２　０．９　

３　１．０　

４　１．１　

５　１．３　

６　１．４　

７　１．５　

８　１．６　

９　１．８　

Ａ　１．９　

Ｂ　２．０　

Ｃ　２．１　

Ｄ　２．３　

Ｅ　２．４　

Ｆ　２．５　

低电平有效接线　ＰＵＬＳＥ－接正转信号　ＤＩＲ－接反转信号　

ＰＵＬＳＥ＋与ＤＩＲ＋短接为公共端　ＰＵＬＳＥ－接脉冲信号　ＤＩＲ－接方向信号　

ＰＵＬＳＥ＋与ＤＩＲ＋短接为公共端　

ＯＮ　正转和反转　

ＯＦＦ　脉冲和方向　

步数／转　５００　１０００　５０００　１００００　

ＣＵＲＲ．ＲＥＤ：设定半流功能　

半流功能是指电机带电静止１００ｍｓ后，驱动器输出电流降为额定输出电流的６０％，用来防止电机发热。当拨码开关ＣＵＲＲ．ＲＥＤ设置为“ＯＦＦ”时，有半流功能；当设置成“ＯＮ”时，无半流功能。　

ＰＵＬＥ．ＳＹＳ：控制方式选择　

拨码开关（ＰＵＬＳＥ．ＳＹＳ）可设置成两种控制方式：　・当设置成“ＯＦＦ”时，为“脉冲和方向”控制方式；　・当设置成“ＯＮ”时，为“正转和反转”控制方式。　　

１．２．６　　功率接口　

Ｕ、Ｖ、Ｗ、ＰＥ：驱动器和电机间连接　

电机相间电压是３×３２５ＶＡＣ，电机电缆最长为５０米，电缆横截面不小于１．５平方毫米，电缆的屏蔽层一定要与电机的壳体和驱动器壳体连接，驱动器地和电机地与它们各自的壳体是相连的，连接驱动器和电机间的动力线和所有地线均靠螺钉来固定，这些线的两端要用金属套管套好，然后用螺钉固定，要改变电机的转动方向可以通过互换电机的两相接线来实现。下图分别是三根和六根输出线电机的接线图：　

图３：驱动器和电机间的连线图　

Ｌ、Ｎ、ＰＥ：驱动器电源　

电源电压是２２０ＶＡＣ输入时，最大电流是３Ａ。电源线横截面≥１．５平方毫米，尽量短。驱动器的Ｌ端和Ｎ端接供电电源，同时要串接一个６．３Ａ保险丝。　

１．２．７　　安装　

驱动器在开关柜中为壁挂式安装，下图是驱动器的外型尺寸，正常工作时其周围要有２０ｍｍ的空间，不能放在其它发热的设备旁，要避免粉尘、油雾、腐蚀性气体，湿度太大及强振动场所。　

图４　　ＷＤ３－００７驱动器地脚安装图　

１．２．８　　故障诊断　

状态灯指示　

ＲＤＹ：　　　绿灯亮，驱动器正常工作。　

ＦＬＴ：　　　红灯亮，电机相间短路时，过压时（大于４１０Ｖ）和欠压时（小于２００Ｖ）亮。　ＴＥＭＰ：　　红灯亮，驱动器超温报警（散热片温度大于７５℃）。　　

１．２．９　　故障及排除　　　故　　　障　原　　　因　解决措施　

ＬＥＤ不亮　

电机不转，且无保持扭

矩　电机不转，但有保持扭

矩　电机转动方向错误　

电源接错　电源电压低　电机连线不断　ＲＥＳＥＴ输入信号起作用　无脉冲信号输入　相序接反　方向信号输入不对　相电流设置过小　

电机扭矩太小　

加速度太快　电机堵转　驱动器与电机不匹配　

检查电源连线　提高电源电压　改正电机连线　使ＲＥＳＥＴ输入不起作用　调整脉冲宽度及信号的电平　

互换任意两相连线　改变方向设定　正确设置相电流　减小加速度值　排除机械故障　换合适的驱动器　

１．３　　驱动器ＷＤ３－００８、ＷＤＭ３－００８　　

驱动器ＷＤＭ３－００８和驱动器ＷＤ３－００８的电气特性相同。驱动器ＷＤＭ３－００８用于驱动两台电机，它由两个完全相同的驱动单元Ｄ９５０和一个３２５ＶＡＣ电源组成，Ｄ９５０自身无壳体，所以需要配备一个３２５ＶＡＣ电源，　每个Ｄ９５０可以驱动一个１２Ｎｍ或一个１６．５Ｎｍ电机。　

１．３．１　　电气参数　

输入电压　输入电流　输出电压　输出电流　功　　　耗　温　　　度　湿　　　度　气　　　体　

单相２２０Ｖ输入（－３０％～＋２０％）；频率：４５～６６Ｈｚ　

小于４．５安培　３×３２５ＶＡＣ　１．７～６．８Ａ　功耗：８０Ｗ　

工作温度小于５０℃；存放温度－４０℃～７０℃　

不能结露，不能有水珠　禁止有可燃气体和大量导电灰尘　

１．３．２　　ＷＤ３－００８、ＷＤＭ３－００８的主要特点　

・可依用户要求设定为２００、４００、５００、１０００、２０００、４０００、５０００、１００００步／转。　・电机的空载启动速度高达４．７转／秒。　

１．３．３　　ＷＤ３－００８、ＷＤＭ３－００８连线及设置　　

１．３．４　　控制信号接口　　

１．３．４．１　　控制信号定义同ＷＤ３－００７。　

图６　　控制信号接口　

图７　　输入控制信号时序图　

１．３．４．２　　控制信号连接　

输入信号是光藕输入，输入电阻是１５０欧姆，输入信号是脉冲、方向和使能，输入信号电平可以是５Ｖ或２４Ｖ，当用户需要２４Ｖ输入信号的驱动器时要说明，否则全部提供５Ｖ输入信号的驱动器。输入信号可以高有效或低有效，高有效时，把脉冲－和方向－短接后连到上位机的信号地（０Ｖ），把脉冲＋和方向＋分别接到上位机控制信号脉冲＋和方向＋上，低有效时，把脉冲＋和方向＋短接后连到上位机的公共信号端（５Ｖ），把脉冲－和方向－分别接到上位机控制信号脉冲－和方向－上。　

控制方式　

高电平有效接线　ＰＵＬＳＥ＋接脉冲信号　

ＤＩＲ＋接方向信号　

ＰＵＬＳＥ－与ＤＩＲ－短接为信号地　

低电平有效接线　ＰＵＬＳＥ－接脉冲信号　ＤＩＲ－接方向信号　

ＰＵＬＳＥ＋与ＤＩＲ＋短接为公共端　

脉冲和方向　

１．３．４．３　　控制信号要求　

输入信号：输入信号采用光藕输入，输入内阻是１５０欧姆，脉宽≥２．５μｓ电压控制：２．５Ｖ≤高电平≤５．２５Ｖ之间，　－５．２５Ｖ≤低电平≤０．４Ｖ　Ｉｍａｘ＝３０ｍＡ．　　电流控制：７ｍＡ≤高电流≤２５ｍＡ，　－２５ｍＡ≤低电流≤０．２ｍＡ，Ｕｍａｘ＝５．２５Ｖ。　

１．３．５　　功能选择　

ＳＴＥＰ：设置电机每转步数　

使用拨码（ＤＩＰ）开关来设置步数、半流功能和门／使能功能，按下图中拨码开关１和拨码开关２设定电机每转的步数：　

拨码开关１　拨码开关２　细分开关　电机步数　

细分功能（１０细分）　

使用细分开关来设定细分功能，它能使电机每转的步数提高十倍，细分功能的拨码（ＤＩＰ）开关位于控制器的顶部里面（隐藏的），拨码开关１设置为ＯＮ时为细分状态，设置为ＯＦＦ时不是细分状态，其它３个开关必须保持在ＯＦＦ位置。（ＷＤ３－００８有一个细分开关，ＷＤＭ３－００８有两个细分开关，既每个Ｄ９５０驱动板有一个）。　

ＯＮ　ＯＦＦ　ＯＦＦ　２００　

ＯＮ　ＯＮ　ＯＦＦ　４００　

ＯＦＦ　ＯＮ　ＯＦＦ　５００　

ＯＦＦ　ＯＦＦ　ＯＦＦ　１０００　

ＯＮ　ＯＦＦ　ＯＮ　２０００　

ＯＮ　ＯＮ　ＯＮ　４０００　

ＯＦＦ　ＯＮ　ＯＮ　５０００　

ＯＦＦ　ＯＦＦ　ＯＮ　１００００　

Ｉ－ＲＥＤ：设定半流功能　

半流功能是指驱动器在１００ｍｓ内无输入脉冲时，自动减少输出相电流为额定值的６０％，该功能即可以节省能源，减少电机的发热，又能延长驱动器的工作寿命。用图２中拨码开关３（＂ＣＵＲＲ－ＲＥＤ＂）来设定半流功能，当开关３设置为“ＯＦＦ”时有半流功能；当开关３设置成为“ＯＮ”时无半流功能。　

ＧＡＴ／ＥＮＡ：设定电机复位　

用门／使能开关和使能位来对电机进行复位。在设为门功能、而且使能位有输入时，驱动器为工作状态。在设为门功能，使能位无输入时，驱动器封闭任何输入脉冲，电机复位而且无保持扭矩，以后在该位置上下电时电机不转动，该功能用于电机复位和在多个电机时选择其中的部分电机工作。　

ＰＨ．ＣＵＲＲ：设置电机相电流　驱动１２Ｎｍ和１６．５Ｎｍ电机时，输出电流分别是４．１Ａ和４．７Ａ，对应输出相电流开关分别设置在位置７和９，设定的输出相电流值必须小于或等于电机铭牌上给出的额定相电流，下面给出了设置在各个位置时的输出相电流。　位置　

０　

１　

２　

３　

４　

５　

６　

７　

８　

９　

Ａ　

Ｂ　

Ｃ　

Ｄ　

Ｅ　

Ｆ　

电流　１．７　２．０　２．４　２．７　３．１　３．４　３．７　４．１　４．４　４．８　５．１　５．４　５．８　６．１　６．５　６．８　　

１．３．６　　功率接口　

Ｕ、Ｖ、Ｗ、ＰＥ：驱动器和电机间的连线　

电机相间电压是３２５ＶＡＣ，驱动器和电机间的动力线必须是屏蔽电缆，其横截面积要≥１平方毫米，电缆长度要≤５０米，电缆的屏蔽层一定要与电机地和驱动器地连接好，它们的地与各自的壳也要连接好。　

图８：电机与驱动器间的连线　

Ｌ、Ｎ、ＰＥ：驱动器电源　

电源电压是２２０ＶＡＣ输入，最大电流是４．５Ａ，电源线横截面不小于１．５平方毫米。该电源接口在ＷＤ３－００８的侧面，在ＷＤＭ３－００８面板右下部。　

１．３．７　　安装　

驱动器在开关柜中为壁挂式安装。　

图９　ＷＤＭ３－００８、Ｄ９５０、ＷＤ３－００８安装尺寸　

１．３．８　　故障诊断　

状态灯指示　

驱动器上的六个发光二极管指示工作状态和出现的故障！　

０６　　　　如驱动器正常工作，ＲＥＡＤＹ绿灯亮；如驱动器工作不正常，ＲＥＡＤＹ红灯亮。　０７　　　　在电机的两相之间发生短路，信号线或驱动线接触不好，脉冲有干扰或脉冲的频率太高时亮，

ＦＡＵＬＴ－－故障。　　

０８　　　　当散热片温度＞７５℃时灯亮，ＴＥＭＰ－－超温。　

０９　　　　当输出电压＞４１０伏时灯亮，ＯＶＥＲ－ＶＯＬＴ－－过压。　１０　　　　当输出电压＜２００伏时灯亮，ＬＯＷ－ＶＯＬＴ－－欠压。　

０９＋１０　在门／使能开关设为使能功能，而且无使能输入信号时灯０９和１０同时亮，这时或者把门／使

能开关设为门功能，或者使使能输入信号有电流流过。　　

１．３．９　　故障排除　

故障　ＬＥＤ不亮　

原因　电源电压低　电源电压接错了　输入信号电流控制起作用　

电机连线不对　门信号输入起作用　脉冲信号输入　脉冲与方向信号输入　

过载　

纠正措施　测试电源电压　检查电源连接　使信号输入不起作用　正确给电机接线　将信号输入起作用　调整脉冲宽度及信号的电平　调整脉冲宽度及信号的电平　

减小负载　

电机不转且没有保持扭矩　　

电机不转但有保持扭矩　电机不规则的转动　

电机旋转方向错误　电机扭矩太小　电机噪音太大　

电机有故障　电机导线相序错误　方向信号输入设定不对　电机相电流设定过低　

电机有故障　使能开关位置不对　

更换电机　

对换任意两条电机相线　

改变方向设定　调整相电流设置　

更换电机　

检查使能开关设置是否正确　检查信号线是否连好　检查信号线有无信号　正确连接电机动力线　

正确接线　

检查信号线或降低脉冲频率　

检查设定的相电流　检查驱动器风扇是否工作　

０６灯为红色　信号线接触不好　信号线无信号　相短路　

０７灯亮　信号线或驱动线接触不好　脉冲有干扰或脉冲频率太高　

０８灯亮　

　０９灯亮　１０灯亮　０９和１０灯同时亮　

散热片温度＞７５ｏＣ　输出电压＞４１０伏　输出电压＜２００伏　没有使能信号　

检查输入电源电压　检查输入电源电压　检查使能设置开关　

１．４　　驱动器Ｄ９２１　　

百格拉公司驱动器Ｄ９２１及配套的步进电机是为了满足用户低压安全要求（２４ＶＤＣ）而特殊开发生产的驱动系统，驱动器Ｄ９２１主要驱动百格拉公司生产的０．４５Ｎｍ、０．９　Ｎｍ、１．５Ｎｍ、１．７Ｎｍ、３．７Ｎｍ步进电机。　　

１．４．１　　电气参数　

输入电压　输入电流　输出电压　输出电流　功　　　耗　温　　　度　湿　　　度　气　　　体　

３５ＶＤＣ（最低１８ＶＤＣ，最高４０ＶＤＣ）；５ＶＤＣ（变化±５％）　

３５ＶＤＣ；峰值５Ａ；５ＶＤＣ；最大１．０Ａ　

３×３５ＶＡＣ　５．２Ａ、５．８Ａ　功耗：２０Ｗ　

工作温度小于５０℃；存放温度－４０℃～７０℃　

不能结露，不能有水珠　禁止有可燃气体和大量导电灰尘　

注：输入电源为两路，一路是驱动器主回路电源；３５ＶＤＣ（１８～４０），另一路是驱动器控制回路电源：５ＶＤＣ

（±５％）。　　

１．４．２　　主要特点　

可依用户要求设定为２００、４００、５００、１０００、２０００、４０００、５０００、１００００步／转。　使电机的空载启动速度高达６．３转／秒。　　

１．４．３　　连线及参数设置　

图１０　　Ｄ９２１面板图　

１．４．４　　控制信号接口　

控制信号定义：同ＷＤ３－００７。　信号连接　

输入信号可以高有效或低有效，高有效时，把脉冲－和方向－短接后连到上位机的信号地（０Ｖ），把脉冲＋和方向＋分别接到上位机控制信号脉冲＋和方向＋上，低有效时，把脉冲＋和方向＋短接后连到上位机的公共信号端（５Ｖ），把脉冲－和方向－分别接到上位机控制信号脉冲－和方向－上。　

控制方式　

高电平有效接线　ＰＵＬＳＥ＋接脉冲信号　

ＤＩＲ＋接方向信号　

ＰＵＬＳＥ－与ＤＩＲ－短接为信号地　

低电平有效接线　ＰＵＬＳＥ－接脉冲信号　ＤＩＲ－接方向信号　

ＰＵＬＳＥ＋与ＤＩＲ＋短接为公共端　

脉冲和方向　

１．４．５　　功能选择　

ＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２、ＳＴＥＰ３：设置电机每转步数设定方式如下表：　　

ＤＩＰ１　ＤＩＰ２　ＤＩＰ３　步数／转　

ＯＮ　ＯＮ　ＯＮ　２００　

ＯＦＦ　ＯＮ　ＯＮ　４００　

ＯＮ　ＯＦＦ　ＯＮ　５００　

ＯＦＦ　ＯＦＦ　ＯＮ　１０００　

ＯＮ　ＯＮ　ＯＦＦ　２０００　

ＯＦＦ　ＯＮ　ＯＦＦ　４０００　

ＯＮ　ＯＦＦ　ＯＦＦ　５０００　

ＯＦＦ　ＯＦＦ　ＯＦＦ　１０００　

ＣＵＲＲＥＮＴ４：设置输出相电流　每个电机有额定的输入电流，驱动器输出电流可通过面板上的拨码开关来设置，当ＣＵＲＲＥＮＴ４状态为“ＯＮ”时，电机相电流为５．８Ａ；ＣＵＲＲＥＮＴ４为“ｏｆｆ”时，电机相电流为５．２Ａ。　

半流功能：指驱动器在１００ｍｓ内无输入脉冲时，自动减少输出相电流为额定值的６０％。该功能即可以节省能源，减少电机的发热，又延长驱动器的工作寿命。该驱动器内部已自动设置为半流功能。　　

１．４．６　　功率接口　

ＤＣ＋、ＤＣ－：驱动器电源　

Ｕ、Ｖ、Ｗ：电机接线端子　

图１１　电机接线图　

１．４．７　　状态指示　

驱动器上的发光二极管指示工作状态。驱动器正常工作，ＲＥＡＤＹ灯亮；驱动器工作不正常，ＲＤＹ不亮或频闪。　　

１．４．８　　安装　

驱动器在开关柜中为壁挂式安装。　　

图１２　安装尺寸　

１．４．９　　故障诊断与排除　

故障　不亮　频闪　频闪　

原因　电源没有接通　电源电压低　电源电压高　

解决措施　检查电源连线　提高电压　降低电压　

第二章　三相混合式步进电机　

２．１　　基本概念　

步距角：　　电机每转一步所转过的角度。两相电机是１．８度和０．９度；五相电机是０．７２度和０．３６度；

三相电机是１．８度，０．９度，０．７２度和０．３６度。　

每转步数：　电机每转一周所转过的步数。两相电机是２００和４００步；五相电机是５００和１０００步；三相

电机是２００，４００，５００和１０００步。　

保持扭矩：电机绕组通电不转动时的最大输出扭矩值。　工作扭矩：电机绕组通电转动时的最大输出扭矩值。　

注意：保持扭距比工作扭矩大，选电机是要以工作扭矩为选择依据。　　

２．２　　特殊的机械结构　

　　　　三相电机采用了比五相和两相步进电机更多的磁极对数，并在齿形及其排列方式，增大转子直径，减小气隙，增加磁通等方面采取了一系列革新技术，使其达到了世界领先水平（３项专利）

。　

图13 两相、三相和五相混合式步进电机定子磁极结构图

２．３　　先进的步进电机控制原理　

百格拉公司将交流伺服控制原理应用到三相混合式步进电机驱动系统中，输入的２２０ＶＡＣ（Ｄ９２１驱动器是３５ＶＤＣ）经整流后变为３２５ＶＤＣ，再经脉宽调制变为三路３２５Ｖ阶梯式正弦波形电流，它们按固定时序分别流过三路绕组，其每个阶梯对应电机转动一步。通过改变驱动器输出正弦电流的频率来改变电机转速，而每转输出的阶梯数确定了每步转过的角度。图１４给出其中一路相电流，它是阶梯式正弦电流（ＰＷＭ）。　

按目前的电子技术，正弦电流的阶梯数可以分得很多，理论上电机每转的步数可以很高，这就是细分技术，但经过理论分析及大量的实验证明：如果细分数超过１０，电机带负载后，就会产生跳步和失步现象。所以细分数超过１０没有实际意义。目前仅仅三相正弦电流细分技术能保证细分后电机输出扭矩不

下降，而且每一步都能精确定位。　

图１４　　　步进电机绕组为角形连接，电流为正弦波形（ＰＷＭ）　

２．４　　三相混合式步进电机特点　

・采用特殊的结构、优良的材质和先进的制造工艺。　

・采用特殊机械加工工艺，电机定转子间气隙仅为５０μｍ。　

・电机转子定子直径比提高到５９％，大大提高了电机的工作扭矩。　

・磁极数多于五相步进电机，平稳性和定位精度远高于五相混合式步进电机。　・采用交流伺服控制原理。　・具有交流伺服电机运行特性。　

・几乎无共振区、无爬行、无噪音。　

・三相３２５Ｖ（Ｄ９２１驱动器除外）高压驱动，大大提高了高速扭矩。　・可按两相和五相电机的步数工作，可取代两相和五相电机。　・电机的扭矩与电机步数无关。　

・空载启动速度４．７～８．０转／秒（因电机不同而异）。　・最高转速３６００转／分。　

・所用磁钢能耐１８０度高温，而国产磁钢能耐１５０度高温。　・满负荷、１００００步／转时能平稳运行和精确定位。　　　　

２．５　　电机参数表

M364/LHA M366/LHA M368/LHA M397/LHA M3910/LHA M397/LWA M397/LWB 3910/LWA 3910/LWB 3913/LWA 3913/LWB 31117/LSB 31117/LWB

325VAC

1.75

步数（步/转） 200/400/ 500/1000/ 2000/4000/ 5000/10000

相电压（V ）

相电流(A) 5.2

额定扭矩(Nm) 0.45 0.9

40VDC

5.8

1.5 1.7 3.7 2

保持扭矩 (Nm) 0.51 1.02 1.74 1.92 4.18 2.26

6.3 最高启动速度(r/s)

转动惯量 (kgcm²) 0.1 0.22 0.38 1.1 2.2 1.1

重量

(Kg) 0.45 0.72 1.1 1.65 2.7 1.65 2.05 2.7 3.1 3.8 4.2 8

3 6 3 6 3

6 接线方式 (线数)

配套

2 4 4.52

5.3

2.2

2.25 2.5 4.1

6 6.78 3.3

12 13.92

4.7

10.5

31122/LWB

4.75 16.5 19.14

16 11

上面表格中给出的数据是工作扭矩０．４５Ｎｍ～６Ｎｍ电机的尺寸图。其中ＶＲＤＭ．．／５０ＬＷＡ型电机尺寸完全相同。　下图为3根输出线时２Ｎｍ、４Ｎｍ、６Ｎｍ　、１２Ｎｍ、１６．５Ｎｍ电机尺寸图：　　

图１６　　电机尺寸　

右图是ＶＲＤＭ３１１１７／ＬＷＢ和ＶＲＤＭ３１１２２／ＬＷＢ　电机定位键：　

电机定位键、安装尺寸完全相同，不安装　定位键时输出轴直径也是１９ｊ６。　　　　

图１７　　电机输出轴定位键尺寸图　

６线输出步进电机与３线输出电机唯一的区别在于电机长度不同、３线电机多一个接线盒，其内部结构、安装尺寸和扭矩均相同。２Ｎｍ、４Ｎｍ、６Ｎｍ　、１２Ｎｍ、１６．５Ｎｍ电机轴定位键尺寸见图８和图９，输出轴直径、定位键及双输出轴都是可选的，用户订货时一定要说明。　　

２．７　　抱闸电机　

为了使步进电机上下电时，保证垂直轴导轨不滑动，百格拉公司还可根据用户要求给电机配备不同型号的抱闸。下面为抱闸接线原理图：

图１８　　电机抱闸尺寸接线与技术参数　

２．８　　矩频特性曲线　

图１９：０．４５Ｎｍ和０．９Ｎｍ电机的矩频特性曲线　　　　　　　图２０：　１．５Ｎｍ、１．７Ｎｍ和３．７Ｎｍ电机的矩频特性曲线　

图21：2Nm 步进电机矩频特性曲线图22：4Nm 步进电机矩频特性曲线

图23：6Nm 步进电机矩频特性曲线图24：12Nm 步进电机矩频特性曲线

图25：16.5Nm 步进电机矩频特性曲线　

２．９　　电机转速与相电流的关系　　

步进电机所需的电流随转速的增高而变大。图２５是２、４和６Ｎｍ步进电机转速与所需电流的关系曲线，其它电机的这一曲线也类似。以６００转／分划分：　

６００转／分左右以前为恒扭矩工作区，消耗能量小，所需输入电流也小；　６００转／分左右以后为恒功率工作区，电机的输入电流达到最大值。　

图２６　　２、４、６Ｎｍ步进电机转速／相电流曲线　　　　　　图２７　　电机温度与转速曲线　

２．１０　　电机温升　　

电机的温升与工作环境温度，电机转速及工作时机长短等有关。另外百格拉公司步进电机特有下面的特性：　・　采用特殊的齿形结构、优良的材质和先进的制造工艺；　・　采用特殊机械加工工艺，电机定转子间气隙仅为５０μｍ；　

・　电机转子定子直径比提高到５９％，大大提高了电机的工作扭矩；　・　电机最高转速可达３６００转／分，　

・　采用定子直接散热的方式，电机的定子就是其外壳，　　

上面的特点大大提高了电机的工作扭矩，同时长时间运转时电机温升高。电机表面温升较高属正常现象，而且百格拉公司步进电机采用了可在１８０℃高温下长期工作的磁钢，不影响电机输出扭矩和寿命。　　

２．１１　　采购选型　

型号说明：　

ＬＨＡ中Ｈ表示供电电压是18~40VDC，LWA 中Ｗ表示供电电压是３２５ＶＤＣ，　

ＬＷＡ中Ａ表示六线直接输出方式，ＬＷＢ中Ｂ表示三线带接线盒输出方式。ＬＷＣ中Ｃ表示三线带航空插头输出方式。ＬＳＢ中Ｓ表示专为ＷＤ３－００７开发的１２Ｎｍ步进电机。　

选型表　

电机型号　

0.45Nm ~ 3.7Nm所有型号的步进电机（ＬＨＡ，ＬＨＢ，ＬＨＣ）　0.45 Nm ~ 12Nm所有型号的步进电机（ＬＷＡ，ＬＷＢ，ＬＷＣ）　ＶＲＤＭ３１１１７／ＬＳＢ、ＶＲＤＭ３１１１７／ＬＷＢ、ＶＲＤＭ３１１２２／ＬＷＢ　

配套驱动器型号　

Ｄ９２１　ＷＤ３－００７　ＷＤ３－００８，ＷＤＭ３－００８　

注意：　

１、选型时要根据设备运动速度和加速度，计算好所需工作扭矩和转动惯量。　２、步进电机输出扭矩随转速生高而下降，选型时要参考矩频曲线图。　

３、同一扭矩的电机因其轴径、出线方式、工作电压、工作电流等的不同而不同；　

同一轴径：有带定位键的，有不带定位键的；　

电机是否配抱闸、是否配编码器、是否配减速机、是否配航空插头。　出现方式：有三线带接线盒的，有六线直接输出的；　工作电压：分为４０Ｖ和３２５Ｖ两种。　　

选项　

百格拉公司可为用户选配减速器、制动器、编码器等，把电机和选件组装好后供货。还可生产双输出轴电机、特殊输出轴电机、小型步进电机、特种电机、６Ｎｍ防爆步进电机，１５０米长输出线驱动器。如您有特殊要求请与沈阳莱茵机电有限公司联系。　

此外，我公司还代理其它的德国产品：　

１　德国百格拉公司的全数字伺服电机，３种含运动控制器的全数字伺服电机，直线步进电机，直线伺服

电机和直线导轨。　２　德国ＮＥＵＧＡＲＴ的精密行星减速机（减速比从３：１到５１２：１，有同轴输出和９０度输出两种方式）　３　德国ＥＮＧＥＬＨＡＲＤＴ公司的开放式数控系统。　４　德国ＭＯＶＴＥＣ公司的运动控制卡。　

德国百格拉公司

德国百格拉公司1934年以来一直致力于步进电机和伺服电机的研究、开发、生产工作。是世界上步进驱动系统行业的领导者。

为满足客户对更大功率、更高动态性能等的要求，百格拉公司开发了全新的交流伺服电机系统。

百格拉公司产品完全符合CE 标准，并率先通过ISO9001质量体系认证。

目　　　　录　

第一章　　驱动器　

第二章　　百格拉公司的三相混合式步进电机………………………………………………………　

２．１　　基本概念………………………………………………………………………………　　

２．２　　特殊的机械结构………………………………………………………………………　　

２．３　　先进的步进电机控制理论……………………………………………………………　　

２．４　　三相混合式步进电机的特点…………………………………………………………　　

２．５　　电机参数表……………………………………………………………………………　　

２．６　　电机安装尺寸…………………………………………………………………………　　

２．７　　抱闸电机………………………………………………………………………………　　

２．８　　矩频特性曲线…………………………………………………………………………　　

２．９　　电机转数与电机相电流的关系………………………………………………………　　

２．１０　电机温升………………………………………………………………………………　　

２．１１　采购选型………………………………………………………………………………　

第一章驱动器

注：当对驱动器的输入电压、控制信号、制动电容、电机每转步数及输出轴等有特殊要求，或要选配抱闸、行星减速机和编码器时请与供应商联系。　

１．１　　驱动器概述　

本节讲述所有百格拉步进驱动器的公共特点及要求，必须严格遵守！　　

１．１．１　　安全事项　　

１．１．１．１　　安全说明　

・驱动器只能由专业技术人员安装和操作。　・严防意外事故的发生。　

・注意通用电器设备与机械设备的安装与配合。　・避免电磁干扰。　　

１．１．１．２　　注意事项　

・除特殊要求外，输入信号电缆单端屏蔽：上位机端屏蔽接地，驱动器端悬空。　

・电机电缆双端屏蔽，一端接电机外壳，另一端接驱动器ＰＥ端子。　・信号电缆电压对地最高不许超过６０ＶＤＣ。　

１．１．１．３　　危险！！！　

・通电前，要确保电源电缆、电机电缆、信号电缆连接的正确性！　　

１．１．２　　驱动器连线注意事项　　　　　

１．１．２．１　　接地　

１．１．２．２　　安装环境　

未满足环境要求而造成驱动器损坏，用户自己负责！　　

１．１．２．３　　控制信号　

注意：最好采用推拉式控制信号，这样噪声更小。　　

１．１．３　　驱动器的特点　

・输出相电流可设置（满足不同电机要求）。　

・驱动器与上位机间连线简单，都是三根线，可高电平或低电平有效。　

１．２　　驱动器ＷＤ３－００７　

该驱动器主要驱动2Nm ~ 12Nm三相混合式步进电机，输入电压２２０ＶＡＣ，控制信号电压５ＶＤＣ，与百格拉电机配套性能最佳。　

１．２．１　　电气参数　

输入电压　输入电流　输出电压　输出电流　功　　　耗　温　　　度　湿　　　度　气　　　体　

单相２２０Ｖ输入（－３０％~＋２０％）；频率：４５~66Hz　

小于２．５安培　３×３２５ＶＡＣ　０．６６~2.5A　

功耗：８０Ｗ；　　内部保险：６．３Ａ　工作温度小于５０℃；存放温度－４０℃~70℃　

不能结露，不能有水珠　禁止有可燃气体和大量导电灰尘　

１．２．２　　ＷＤ３－００７的主要特点　

・交流伺服工作原理，交流伺服运行特性，三相正弦电流驱动输出。　・只要环境温度不超过５５℃，驱动器就可以正常工作。　

・电机和驱动器间仅用３根线，同交流异步电机一样，减少连线出错的可能性。　

・几乎无共振和爬行，输出相电流可设置，带有十细分和半流功能特性，噪声几乎与交流伺服电机一样。　

・比同样尺寸的反应式步进电机所产生的功率大２０％左右。　・电机的扭矩与它的转速有关，而与电机每转的步数无关。　

・电机每转步数可依用户要求分别设定为５００、１０００、５０００、１００００步／转。　

・由于驱动器采用了正弦电流驱动，使电机的空载启动频率高达４．３至５．３ＫＨｚ。　・电机上下电时，输出轴位置不变，给工作带来很大方便。　　

１．２．３　　连线及参数设置　　　　

图１：ＷＤ３－００７面板图　

１．２．４　　控制信号接口　

１．２．４．１　　控制信号定义　

ＰＵＬＳＥ：　　　脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使电机转动一步。　

ＤＩＲ：　　　　　方向信号输入端，如“ＤＩＲ”为低电平，电机按顺时针方向旋转；“ＤＩＲ”为高电平电机按逆时

针方向旋转。　

ＣＷ：　　　　　　正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。　ＣＣＷ：　　　　　反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。　

ＲＥＳＥＴ：　　　复位信号，如复位信号为低电平时，输入脉冲信号起作用，如果复位信号为高电平时就禁止任

何有效的脉冲，输入信号无效，电机无保持扭矩。　

ＲＥＡＤＤＹ：　　　输入报警信号：ＲＥＡＤＹ是继电器开关，当驱动器正常工作时继电器闭合，当驱动器工作异常

注意：ＰＵＬＳＥ＋与ＣＷ＋，ＰＵＬＳＥ－与ＣＷ－，ＤＩＲ－与ＣＣＷ－对应同一个接线口，按控制方式不同给出的两种定义

名称。　

下面为脉冲、方向信号时序图：　

图２：脉冲和方向信号时序图　

１．２．４．２　　控制信号连接　

下表中列出了控制信号高有效和低有效时的接线方式　

ＰＵＬＳＥ．ＳＹＳ　

控制方式　

高电平有效接线　ＰＵＬＳＥ＋接正转信号　ＤＩＲ＋接反转信号　

ＰＵＬＳＥ－与ＤＩＲ－短接为信号地　ＰＵＬＳＥ＋接脉冲信号　ＤＩＲ＋接方向信号　

ＰＵＬＳＥ－与ＤＩＲ－短接为信号地　

１．２．４．３　　控制信号要求　

输入信号：输入信号采用光藕输入，输入内阻是１５０欧姆，脉宽≥２．５μｓ　

１．２．５　　功能选择（用驱动器面板上的拨码开关实现，开关位置见图１）　

ＭＯＴ．ＣＵＲＲ：设置输出相电流　

为了驱动一台不同扭矩的步进电机，可用旋转拨段开关来设置驱动器的输出电流（有效值），各开关位置对应的输出电流有效值如下表。　位置　电流　　

ＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２：设置电机每转步数　

ＳＴＥＰ１状态　ＳＴＥＰ２状态　

ＯＦＦ　ＯＦＦ　

ＯＮ　ＯＦＦ　

ＯＦＦ　ＯＮ　

ＯＮ　ＯＮ　

２　０．９　

３　１．０　

４　１．１　

５　１．３　

６　１．４　

７　１．５　

８　１．６　

９　１．８　

Ａ　１．９　

Ｂ　２．０　

Ｃ　２．１　

Ｄ　２．３　

Ｅ　２．４　

Ｆ　２．５　

低电平有效接线　ＰＵＬＳＥ－接正转信号　ＤＩＲ－接反转信号　

ＰＵＬＳＥ＋与ＤＩＲ＋短接为公共端　ＰＵＬＳＥ－接脉冲信号　ＤＩＲ－接方向信号　

ＰＵＬＳＥ＋与ＤＩＲ＋短接为公共端　

ＯＮ　正转和反转　

ＯＦＦ　脉冲和方向　

步数／转　５００　１０００　５０００　１００００　

ＣＵＲＲ．ＲＥＤ：设定半流功能　

ＰＵＬＥ．ＳＹＳ：控制方式选择　

１．２．６　　功率接口　

Ｕ、Ｖ、Ｗ、ＰＥ：驱动器和电机间连接　

图３：驱动器和电机间的连线图　

Ｌ、Ｎ、ＰＥ：驱动器电源　

１．２．７　　安装　

图４　　ＷＤ３－００７驱动器地脚安装图　

１．２．８　　故障诊断　

状态灯指示　

ＲＤＹ：　　　绿灯亮，驱动器正常工作。　

１．２．９　　故障及排除　　　故　　　障　原　　　因　解决措施　

ＬＥＤ不亮　

电机不转，且无保持扭

矩　电机不转，但有保持扭

矩　电机转动方向错误　

电源接错　电源电压低　电机连线不断　ＲＥＳＥＴ输入信号起作用　无脉冲信号输入　相序接反　方向信号输入不对　相电流设置过小　

电机扭矩太小　

加速度太快　电机堵转　驱动器与电机不匹配　

检查电源连线　提高电源电压　改正电机连线　使ＲＥＳＥＴ输入不起作用　调整脉冲宽度及信号的电平　

互换任意两相连线　改变方向设定　正确设置相电流　减小加速度值　排除机械故障　换合适的驱动器　

１．３　　驱动器ＷＤ３－００８、ＷＤＭ３－００８　　

１．３．１　　电气参数　

输入电压　输入电流　输出电压　输出电流　功　　　耗　温　　　度　湿　　　度　气　　　体　

单相２２０Ｖ输入（－３０％～＋２０％）；频率：４５～６６Ｈｚ　

小于４．５安培　３×３２５ＶＡＣ　１．７～６．８Ａ　功耗：８０Ｗ　

工作温度小于５０℃；存放温度－４０℃～７０℃　

不能结露，不能有水珠　禁止有可燃气体和大量导电灰尘　

１．３．２　　ＷＤ３－００８、ＷＤＭ３－００８的主要特点　

１．３．３　　ＷＤ３－００８、ＷＤＭ３－００８连线及设置　　

１．３．４　　控制信号接口　　

１．３．４．１　　控制信号定义同ＷＤ３－００７。　

图６　　控制信号接口　

图７　　输入控制信号时序图　

１．３．４．２　　控制信号连接　

控制方式　

高电平有效接线　ＰＵＬＳＥ＋接脉冲信号　

ＤＩＲ＋接方向信号　

ＰＵＬＳＥ－与ＤＩＲ－短接为信号地　

低电平有效接线　ＰＵＬＳＥ－接脉冲信号　ＤＩＲ－接方向信号　

ＰＵＬＳＥ＋与ＤＩＲ＋短接为公共端　

脉冲和方向　

１．３．４．３　　控制信号要求　

１．３．５　　功能选择　

ＳＴＥＰ：设置电机每转步数　

使用拨码（ＤＩＰ）开关来设置步数、半流功能和门／使能功能，按下图中拨码开关１和拨码开关２设定电机每转的步数：　

拨码开关１　拨码开关２　细分开关　电机步数　

细分功能（１０细分）　

ＯＮ　ＯＦＦ　ＯＦＦ　２００　

ＯＮ　ＯＮ　ＯＦＦ　４００　

ＯＦＦ　ＯＮ　ＯＦＦ　５００　

ＯＦＦ　ＯＦＦ　ＯＦＦ　１０００　

ＯＮ　ＯＦＦ　ＯＮ　２０００　

ＯＮ　ＯＮ　ＯＮ　４０００　

ＯＦＦ　ＯＮ　ＯＮ　５０００　

ＯＦＦ　ＯＦＦ　ＯＮ　１００００　

Ｉ－ＲＥＤ：设定半流功能　

ＧＡＴ／ＥＮＡ：设定电机复位　

０　

１　

２　

３　

４　

５　

６　

７　

８　

９　

Ａ　

Ｂ　

Ｃ　

Ｄ　

Ｅ　

Ｆ　

电流　１．７　２．０　２．４　２．７　３．１　３．４　３．７　４．１　４．４　４．８　５．１　５．４　５．８　６．１　６．５　６．８　　

１．３．６　　功率接口　

Ｕ、Ｖ、Ｗ、ＰＥ：驱动器和电机间的连线　

图８：电机与驱动器间的连线　

Ｌ、Ｎ、ＰＥ：驱动器电源　

１．３．７　　安装　

驱动器在开关柜中为壁挂式安装。　

图９　ＷＤＭ３－００８、Ｄ９５０、ＷＤ３－００８安装尺寸　

１．３．８　　故障诊断　

状态灯指示　

驱动器上的六个发光二极管指示工作状态和出现的故障！　

ＦＡＵＬＴ－－故障。　　

０８　　　　当散热片温度＞７５℃时灯亮，ＴＥＭＰ－－超温。　

０９＋１０　在门／使能开关设为使能功能，而且无使能输入信号时灯０９和１０同时亮，这时或者把门／使

能开关设为门功能，或者使使能输入信号有电流流过。　　

１．３．９　　故障排除　

故障　ＬＥＤ不亮　

原因　电源电压低　电源电压接错了　输入信号电流控制起作用　

电机连线不对　门信号输入起作用　脉冲信号输入　脉冲与方向信号输入　

过载　

减小负载　

电机不转且没有保持扭矩　　

电机不转但有保持扭矩　电机不规则的转动　

电机旋转方向错误　电机扭矩太小　电机噪音太大　

电机有故障　电机导线相序错误　方向信号输入设定不对　电机相电流设定过低　

电机有故障　使能开关位置不对　

更换电机　

对换任意两条电机相线　

改变方向设定　调整相电流设置　

更换电机　

检查使能开关设置是否正确　检查信号线是否连好　检查信号线有无信号　正确连接电机动力线　

正确接线　

检查信号线或降低脉冲频率　

检查设定的相电流　检查驱动器风扇是否工作　

０６灯为红色　信号线接触不好　信号线无信号　相短路　

０７灯亮　信号线或驱动线接触不好　脉冲有干扰或脉冲频率太高　

０８灯亮　

　０９灯亮　１０灯亮　０９和１０灯同时亮　

散热片温度＞７５ｏＣ　输出电压＞４１０伏　输出电压＜２００伏　没有使能信号　

检查输入电源电压　检查输入电源电压　检查使能设置开关　

１．４　　驱动器Ｄ９２１　　

１．４．１　　电气参数　

输入电压　输入电流　输出电压　输出电流　功　　　耗　温　　　度　湿　　　度　气　　　体　

３５ＶＤＣ（最低１８ＶＤＣ，最高４０ＶＤＣ）；５ＶＤＣ（变化±５％）　

３５ＶＤＣ；峰值５Ａ；５ＶＤＣ；最大１．０Ａ　

３×３５ＶＡＣ　５．２Ａ、５．８Ａ　功耗：２０Ｗ　

工作温度小于５０℃；存放温度－４０℃～７０℃　

不能结露，不能有水珠　禁止有可燃气体和大量导电灰尘　

注：输入电源为两路，一路是驱动器主回路电源；３５ＶＤＣ（１８～４０），另一路是驱动器控制回路电源：５ＶＤＣ

（±５％）。　　

１．４．２　　主要特点　

１．４．３　　连线及参数设置　

图１０　　Ｄ９２１面板图　

１．４．４　　控制信号接口　

控制信号定义：同ＷＤ３－００７。　信号连接　

控制方式　

高电平有效接线　ＰＵＬＳＥ＋接脉冲信号　

ＤＩＲ＋接方向信号　

ＰＵＬＳＥ－与ＤＩＲ－短接为信号地　

低电平有效接线　ＰＵＬＳＥ－接脉冲信号　ＤＩＲ－接方向信号　

ＰＵＬＳＥ＋与ＤＩＲ＋短接为公共端　

脉冲和方向　

１．４．５　　功能选择　

ＳＴＥＰ１、ＳＴＥＰ２、ＳＴＥＰ３：设置电机每转步数设定方式如下表：　　

ＤＩＰ１　ＤＩＰ２　ＤＩＰ３　步数／转　

ＯＮ　ＯＮ　ＯＮ　２００　

ＯＦＦ　ＯＮ　ＯＮ　４００　

ＯＮ　ＯＦＦ　ＯＮ　５００　

ＯＦＦ　ＯＦＦ　ＯＮ　１０００　

ＯＮ　ＯＮ　ＯＦＦ　２０００　

ＯＦＦ　ＯＮ　ＯＦＦ　４０００　

ＯＮ　ＯＦＦ　ＯＦＦ　５０００　

ＯＦＦ　ＯＦＦ　ＯＦＦ　１０００　

１．４．６　　功率接口　

ＤＣ＋、ＤＣ－：驱动器电源　

Ｕ、Ｖ、Ｗ：电机接线端子　

图１１　电机接线图　

１．４．７　　状态指示　

驱动器上的发光二极管指示工作状态。驱动器正常工作，ＲＥＡＤＹ灯亮；驱动器工作不正常，ＲＤＹ不亮或频闪。　　

１．４．８　　安装　

驱动器在开关柜中为壁挂式安装。　　

图１２　安装尺寸　

１．４．９　　故障诊断与排除　

故障　不亮　频闪　频闪　

原因　电源没有接通　电源电压低　电源电压高　

解决措施　检查电源连线　提高电压　降低电压　

第二章　三相混合式步进电机　

２．１　　基本概念　

步距角：　　电机每转一步所转过的角度。两相电机是１．８度和０．９度；五相电机是０．７２度和０．３６度；

三相电机是１．８度，０．９度，０．７２度和０．３６度。　

每转步数：　电机每转一周所转过的步数。两相电机是２００和４００步；五相电机是５００和１０００步；三相

电机是２００，４００，５００和１０００步。　

保持扭矩：电机绕组通电不转动时的最大输出扭矩值。　工作扭矩：电机绕组通电转动时的最大输出扭矩值。　

注意：保持扭距比工作扭矩大，选电机是要以工作扭矩为选择依据。　　

２．２　　特殊的机械结构　

。　

图13 两相、三相和五相混合式步进电机定子磁极结构图

２．３　　先进的步进电机控制原理　

下降，而且每一步都能精确定位。　

图１４　　　步进电机绕组为角形连接，电流为正弦波形（ＰＷＭ）　

２．４　　三相混合式步进电机特点　

・采用特殊的结构、优良的材质和先进的制造工艺。　

・采用特殊机械加工工艺，电机定转子间气隙仅为５０μｍ。　

・电机转子定子直径比提高到５９％，大大提高了电机的工作扭矩。　

・磁极数多于五相步进电机，平稳性和定位精度远高于五相混合式步进电机。　・采用交流伺服控制原理。　・具有交流伺服电机运行特性。　

・几乎无共振区、无爬行、无噪音。　

・空载启动速度４．７～８．０转／秒（因电机不同而异）。　・最高转速３６００转／分。　

・所用磁钢能耐１８０度高温，而国产磁钢能耐１５０度高温。　・满负荷、１００００步／转时能平稳运行和精确定位。　　　　

２．５　　电机参数表

M364/LHA M366/LHA M368/LHA M397/LHA M3910/LHA M397/LWA M397/LWB 3910/LWA 3910/LWB 3913/LWA 3913/LWB 31117/LSB 31117/LWB

325VAC

1.75

步数（步/转） 200/400/ 500/1000/ 2000/4000/ 5000/10000

相电压（V ）

相电流(A) 5.2

额定扭矩(Nm) 0.45 0.9

40VDC

5.8

1.5 1.7 3.7 2

保持扭矩 (Nm) 0.51 1.02 1.74 1.92 4.18 2.26

6.3 最高启动速度(r/s)

转动惯量 (kgcm²) 0.1 0.22 0.38 1.1 2.2 1.1

重量

(Kg) 0.45 0.72 1.1 1.65 2.7 1.65 2.05 2.7 3.1 3.8 4.2 8

3 6 3 6 3

6 接线方式 (线数)

配套

2 4 4.52

5.3

2.2

2.25 2.5 4.1

6 6.78 3.3

12 13.92

4.7

10.5

31122/LWB

4.75 16.5 19.14

16 11

图１６　　电机尺寸　

右图是ＶＲＤＭ３１１１７／ＬＷＢ和ＶＲＤＭ３１１２２／ＬＷＢ　电机定位键：　

电机定位键、安装尺寸完全相同，不安装　定位键时输出轴直径也是１９ｊ６。　　　　

图１７　　电机输出轴定位键尺寸图　

２．７　　抱闸电机　

为了使步进电机上下电时，保证垂直轴导轨不滑动，百格拉公司还可根据用户要求给电机配备不同型号的抱闸。下面为抱闸接线原理图：

图１８　　电机抱闸尺寸接线与技术参数　

２．８　　矩频特性曲线　

图１９：０．４５Ｎｍ和０．９Ｎｍ电机的矩频特性曲线　　　　　　　图２０：　１．５Ｎｍ、１．７Ｎｍ和３．７Ｎｍ电机的矩频特性曲线　

图21：2Nm 步进电机矩频特性曲线图22：4Nm 步进电机矩频特性曲线

图23：6Nm 步进电机矩频特性曲线图24：12Nm 步进电机矩频特性曲线

图25：16.5Nm 步进电机矩频特性曲线　

２．９　　电机转速与相电流的关系　　

６００转／分左右以前为恒扭矩工作区，消耗能量小，所需输入电流也小；　６００转／分左右以后为恒功率工作区，电机的输入电流达到最大值。　

图２６　　２、４、６Ｎｍ步进电机转速／相电流曲线　　　　　　图２７　　电机温度与转速曲线　

２．１０　　电机温升　　

・　电机转子定子直径比提高到５９％，大大提高了电机的工作扭矩；　・　电机最高转速可达３６００转／分，　

・　采用定子直接散热的方式，电机的定子就是其外壳，　　

２．１１　　采购选型　

型号说明：　

ＬＨＡ中Ｈ表示供电电压是18~40VDC，LWA 中Ｗ表示供电电压是３２５ＶＤＣ，　

选型表　

电机型号　

配套驱动器型号　

Ｄ９２１　ＷＤ３－００７　ＷＤ３－００８，ＷＤＭ３－００８　

注意：　

１、选型时要根据设备运动速度和加速度，计算好所需工作扭矩和转动惯量。　２、步进电机输出扭矩随转速生高而下降，选型时要参考矩频曲线图。　

３、同一扭矩的电机因其轴径、出线方式、工作电压、工作电流等的不同而不同；　

同一轴径：有带定位键的，有不带定位键的；　

选项　

此外，我公司还代理其它的德国产品：　

１　德国百格拉公司的全数字伺服电机，３种含运动控制器的全数字伺服电机，直线步进电机，直线伺服

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