2024年3月13日发(作者：)

步进电机说明书

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 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

1.2.1 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

1.3.1 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

PULSE/CW+

PULSE/CW-

DIR/CCW+

DIR/CCW-

RESET+

RESET-

READY

READY

RDY

TEMP

FLT

STEP1

STEP2

DC+

DC-

U

V

W

PE

L

N

PE

信号接口：PULSE+—电机输入控制脉冲信号；

DIR+——电机转动方向控制信号；

RESET+—复位信号，用于封锁输入信号；

READY+—报警信号；

PULSE-、DIR-、RESET-和READY-短接为公共地；

状态指示：RDY灯亮表示驱动器正常工作；

TEMP灯亮表示驱动器超温；

FLT灯亮表示驱动器故障；

功能选择：—设置电机相电流；

STEP1、STEP2—设置电机每转的步数；

—可设置成“脉冲和方向”控制方式；

也可设置成“正转和反转”控制方式；

—用于设置半流功能；

功率接口：DC+和DC-接制动电容

（用户使用时请与代理商联系）；

U、V、W接电机动力线，PE是地；

L、N接供电电源；

WD3-007

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：

3A

PULES：

DIR：

2

1-Hold time 2.5us

2-Setup time 0us

right

3B3A

step

脉宽定义：脉宽和脉冲间隔 2.5us；

占 空 比：可选用任意占空比的脉冲；

输入信号：采用光耦隔离；

切换时间：转动方向的切换时间 0us；

left

21

3A-Minimum pulse width 2.5us

3B-Minimum pulse pause 2.5us

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。

“”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

控制方式 高电平有效接线 低电平有效接线

PULSE+接正转信号

ON 正转和反转

PULSE-接正转信号

DIR-接反转信号

PULSE+与DIR+短接为公共端

DIR+接反转信号

PULSE-与DIR-短接为信号地

PULSE+接脉冲信号

OFF 脉冲和方向

PULSE-接脉冲信号

DIR-接方向信号

PULSE+与DIR+短接为公共端

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）

：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：

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

STEP1状态

STEP2状态

步数/转

OFF

OFF

500

ON

OFF

1000

OFF

ON

5000

ON

ON

10000

：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。

当拨码开关设置为“OFF”时，有半流功能；当设置成“ON”时，无半流功能。

：控制方式选择

拨码开关（）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：

电机地

电机

驱动器

黄色

绿色

橙色

红色

白色

蓝色

电机地

电机端

驱动器

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。

5

.

5

5

.

5

1

2

144

11

8

W

D

3

-

0

0

7

6

4

4

0

184

1

5

1

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

1.3 驱动器WD3-008、WDM3-008

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

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

信号接口：“1”--PULSE+，脉冲控制信号+；

“2”----DIR+，方向控制信号+；

“3”-GAT/ENA+，使能控制信号+；

“8”--READY+，报警信号+；

“9”--PULSE-，脉冲控制信号-；

“10”----DIR-，方向控制信号-；

“11”-GAT/ENA-，使能控制信号-；

“15”--READY-，报警信号-；

03

SIGNAL

功能选择： STEP1、STEP2--设置电机每转步数；

I-RED--用于设置半流功能；

GAT/ENA--用于设置门/使能功能；

--用于设置输出电流；

状态指示： READY灯亮表示驱动器正常工作；

FAULT灯亮表示电机相间短路；

TEMP灯亮表示驱动器超温；

OVER-VOLT灯亮表示驱动器超压；

LOW-VOLT灯亮表示驱动器欠压；

04

STEP

1-RED

GAT/ENA

05

06 READY

07 FAULT

08 TEMP

09 OVER-VOLT

10 LOW-VOLT

U

V

W

功率接口： U、V、W：接电机动力线；

：接地；

注：所有输入口均为光藕输入

图15 WD3-008面板图

1.3.4 控制信号接口

1.3.4.1 控制信号定义同WD3-007。

脉冲-

方向-

使能-

脉冲+

方向+

使能+

1

9

2

10

11

12

13

14

7

15

8

3

4

5

6

驱动器输入信号为光藕输入

输出

输入电阻为150欧姆。

图6 控制信号接口

C

1

脉冲信号：

0

CC

step

方向信号：

0

1

right

left

B

A

BA

门信号：

1

0

D

读取信号：

0

A:保持时间 25us

E:保持时间 25us

1

EF

B:准备时间 0us

F:等待时间 500us

C:最小脉宽 2.5usD:准备时间 500us

注：最高接收脉冲频率200kHz

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 低电平有效接线

PULSE+接脉冲信号

脉冲和方向

PULSE-接脉冲信号

DIR-接方向信号

PULSE+与DIR+短接为公共端

DIR+接方向信号

PULSE-与DIR-短接为信号地

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）

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

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）。

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。

：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。

电机地

电机

驱动器

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。

75

2

4

0

19

3

0

1

3

2

0

2

7

1

2

4

8

116

52

1

2

2

8

0

1

9

2

4

0

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 原因 纠正措施

电源电压低

LED不亮

电源电压接错了

输入信号电流控制起作

电机不转且没有保持扭

用

矩

电机连线不对

门信号输入起作用

电机不转但有保持扭矩

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

脉冲信号输入

平

调整脉冲宽度及信号的电

脉冲与方向信号输入

平

电机不规则的转动

过载

电机有故障

电机导线相序错误

电机旋转方向错误

方向信号输入设定不对

电机扭矩太小

电机噪音太大

电机相电流设定过低

电机有故障

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

使能开关位置不对

确

06灯为红色

信号线接触不好

信号线无信号

07灯亮

相短路

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

减小负载

更换电机

对换任意两条电机相线

信号线或驱动线接触不

正确接线

好

脉冲有干扰或脉冲频率

太高

检查信号线或降低脉冲

频率

检查设定的相电流

08灯亮

作

09灯亮

10灯亮

09和10灯同时亮

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

散热片温度>75ºC

检查驱动器风扇是否工

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

功能选择：STEP1、STEP2--设置电机每转步数

STEP3 设置细分功能

STEP1

STEP2

STEP3

CURRENT

CURRENT 输出电流选择

状态指示：READY

信号接口：PULSE+ 脉冲控制信号+

PULSE- 脉冲控制信号-

DIR+ 方向控制信号+

DIR- 方向控制信号-

FREE+、FREE- 半流功能

功率接口：DC+ +35VDC

U、V、W 驱动器输出

DC- 0VDC

READY

PULSE+

PULSE-

DIR+

DIR-

FREE+

FREE-

DC-

U

V

W

DC+

D921

注：所有输入信号为光藕输入。

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 低电平有效接线

PULSE+接脉冲信号

脉冲和方向

PULSE-接脉冲信号

DIR-接方向信号

PULSE+与DIR+短接为公共端

DIR+接方向信号

PULSE-与DIR-短接为信号地

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

步数

（步/转）

相电压

（V）

相电流

(A)

5.2

200/400/

500/1000/

2000/4000/

5000/10000

额定扭矩

(Nm)

0.45

0.9

40VDC

5.8

1.5

1.7

3.7

保持扭矩

(Nm)

0.51

1.02

1.74

1.92

4.18

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

重量

(Kg)

0.45

0.72

1.1

1.65

2.7

6

型号

接线方式

(线数)

DM364/LHA

DM366/LHA

DM368/LHA

DM397/LHA

DM3910/LHA

DM397/LWA

DM397/LWB

1.75 2 2.26 1.1

1.65

2.05

2.7

3.1

3.8

4.2

8

11

3

3

6

3

6

DM3910/LWA

DM3910/LWB

325VAC

2 4 4.52

5.3

2.2

DM3913/LWA

DM3913/LWB

2.25

2.5

4.1

4.75

6 6.78 3.3

DM31117/LSB

DM31117/LWB

12

16.5

13.92

19.14

4.7

10.5

16 DM31122/LWB

2.6 电机安装尺寸

下图为工作扭矩0.45Nm～6Nm步进电机6根输出线尺寸图：

图15 电机尺寸（月牙键符合DIM6888标准）

型

号

参数

A

B

L

L1

L2

L3

L4

L5

L6

D

d1

d2

d4

H

H1

C

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。

没有键 1.7

4h9

6.35-0.013

6.35-0.013

38.1±0.025

5.2

无

8-0.013

8-0.013

12h5

14h6

60h6

6.5

6.5

1.7

4h9

2.2

5h9

42

57.2

47.14

56

21

5

20

1.6

12

12±0.5

14h5

79 67.5

85

70

97.5

30

10

30±1.5

2

15

127.5

VRDM364/LHA VRDM366/LHA VRDM368/LHA VRDM397/LHA VRDM3910/LHA VRDM3913/LWA

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

型

号

参数

L

L1

L2

L3

L4

L5

H1

H2

d1

d2

d3

d4

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

110

30

10

30±1.5

22.6

2

70

85

60h8

12h6

14h6

6.5

140

30

10

30±1.5

22.6

2

70

85

60h8

12h6

14h6

6.5

170

30

10

30±1.5

22.6

2

70

85

60h8

12h6

14h6

6.5

180

40

14

40±1.5

25.6

3

89

110

56h7

19j6

19h7

9

228

40

14

40±1.5

25.6

3

89

110

56h7

19j6

19h7

9

VRDM397/LWB VRDM3910/LWB VRDM3913/LWB VRDM31117/LWB VRDM31122/LWB

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：

24V

R

1N4001

技术参数

电机型号

90型

24V

6Nm

24W

0.2kgcm

2

35ms

15ms

24 /6W

4700uF/18V

83.5mm

46.5mm

110型

24V

16Nm

32W

0.35kgcm

2

65ms

15ms

18 /8W

6800uF/18V

103mm

52.7mm

C

D

Us

L

0V

抱闸电气原理图

抱闸安装结构图

电源电压

保持扭矩

功 耗

转动惯量

释放时间

抱紧时间

电阻值R

电容值C

抱闸外径D

抱闸长度L

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

M(Nm)

16

12

在矩频特性曲线中，长曲线表示步进

电机工作时最大工作扭矩与转速的关系，

在600转/分时为9Nm,纵向短线为最大启

8

4

0

fs(Hz)

100

n(1/min)

610

23

2

4567891k

3456789100

23

2

45678910k

3

23

2

456789100k

34560

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。

4

3

2

1

0

0.1

VRDM397

1

VRDM3910

10

VRDM3913

120

100

80

60

40

20

0

0.1

绕组

1

壳体

10

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：

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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，

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