一、步進電機是什么意思

步進電機是一種無刷(shua)機電(dian)設備，它將施加在其勵磁繞(rao)組上(shang)的電(dian)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)序列(lie)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)換為精確定義的逐步機械軸(zhou)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)。對(dui)于(yu)每個離散脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)，電(dian)機的軸(zhou)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)一個固定的角(jiao)度(du)。這種旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)可以是線性的或(huo)角(jiao)度(du)的。對(dui)于(yu)單個脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)輸(shu)入(ru)，它會(hui)移(yi)動一步。當施加一系(xi)列(lie)脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)時，它會(hui)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動一定角(jiao)度(du)。每個脈(mo)(mo)沖(chong)(chong)步進電(dian)機軸(zhou)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)過的角(jiao)度(du)稱(cheng)為步距角(jiao)，通常以度(du)數表示。

輸入給電(dian)機的脈(mo)沖(chong)數(shu)(shu)決定步距角，因(yin)此電(dian)機軸的位置(zhi)通(tong)過控制(zhi)脈(mo)沖(chong)數(shu)(shu)來控制(zhi)。這種(zhong)獨(du)特的特性使步進電(dian)機非常適合開環(huan)控制(zhi)系統(tong)，其中軸的精確(que)(que)位置(zhi)通(tong)過精確(que)(que)的脈(mo)沖(chong)數(shu)(shu)保持，而(er)無需使用(yong)反饋傳感器。

步距(ju)(ju)角(jiao)(jiao)越(yue)(yue)小，每轉的步數越(yue)(yue)大，獲得的位置精度(du)(du)(du)越(yue)(yue)高。步距(ju)(ju)角(jiao)(jiao)大到(dao)90度(du)(du)(du)，小到(dao)0.72度(du)(du)(du)，常用的步距(ju)(ju)角(jiao)(jiao)有1.8度(du)(du)(du)、2.5度(du)(du)(du)、7.5度(du)(du)(du)和15度(du)(du)(du)。

軸的(de)旋轉方向取(qu)決于(yu)(yu)施(shi)加到定子(zi)上(shang)的(de)脈沖序列。軸的(de)速度或平均電(dian)機速度與施(shi)加在勵磁繞(rao)組上(shang)的(de)輸(shu)入(ru)脈沖的(de)頻(pin)率（輸(shu)入(ru)脈沖的(de)速率）成正(zheng)比。因(yin)此(ci)，如果頻(pin)率較低，步進電(dian)機會逐步旋轉，而(er)對(dui)于(yu)(yu)高頻(pin)，由(you)于(yu)(yu)慣(guan)性，它會像(xiang)直流電(dian)機一樣連續旋轉。

像(xiang)所(suo)有電(dian)(dian)動機(ji)一樣，步進(jin)電(dian)(dian)機(ji)具有定(ding)子和(he)(he)轉(zhuan)子。轉(zhuan)子是(shi)沒有繞組(zu)、電(dian)(dian)刷和(he)(he)換向器的可動部件。通常轉(zhuan)子是(shi)可變磁阻(zu)或永磁體。定(ding)子通常由(you)多極和(he)(he)多相(xiang)繞組(zu)構成(cheng)，通常由(you)三相(xiang)或四相(xiang)繞組(zu)組(zu)成(cheng)，所(suo)需(xu)的極數由(you)每個輸入脈沖(chong)的所(suo)需(xu)角位移決(jue)定(ding)。

與其(qi)他電(dian)機(ji)不同的(de)是，步進電(dian)機(ji)使(shi)用經過編(bian)程的(de)離散(san)控制脈(mo)沖(chong)運行，這些脈(mo)沖(chong)通過電(dian)子驅動器施加到定(ding)子繞組上。由于順序通電(dian)的(de)定(ding)子繞組的(de)磁極(ji)和(he)轉(zhuan)子磁極(ji)之間的(de)磁相互作用而發生旋(xuan)轉(zhuan)。

當今市場上有多種類型的步進電機，它們的尺寸(cun)、步數(shu)、結構、接(jie)(jie)線、傳(chuan)動(dong)裝置(zhi)和其(qi)他電氣特性各不相同。由于這(zhe)些電機能夠以(yi)離(li)散方式運(yun)行，因(yin)此步進電機非常適合(he)于計算機等(deng)數(shu)字控(kong)制設(she)備連(lian)接(jie)(jie)。

由于對(dui)速度、旋(xuan)轉、方向和(he)(he)角度位(wei)置的精(jing)確控(kong)制，這些在工(gong)業過(guo)程控(kong)制系統、CNC機器、機器人、制造自動化系統和(he)(he)儀器儀表(biao)中特別(bie)受關注。

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二、步進電機的特點

步進電機(ji)的(de)優(you)點(dian)和(he)缺點(dian)都(dou)非(fei)常(chang)的(de)突出(chu)，優(you)點(dian)集中(zhong)于(yu)控制簡單、精(jing)度(du)高，缺點(dian)是(shi)噪聲、震動(dong)和(he)效率，它沒有累積誤差(cha)，結構簡單，使用維修方便，制造成本低。步進電機(ji)帶(dai)動(dong)負載慣量的(de)能力大，適用于(yu)中(zhong)小型機(ji)床和(he)速(su)度(du)精(jing)度(du)要求不(bu)高的(de)地方，缺點(dian)是(shi)效率較低、發(fa)熱大，有時會(hui)“失步”。優(you)缺點(dian)如下所示。

優點：

1、電機操(cao)作易于(yu)通(tong)過脈沖(chong)信號輸(shu)入到電機進行控制(zhi)。

2、不(bu)需要反(fan)饋電(dian)路(lu)以(yi)返(fan)回旋轉軸的位置和速度信息（開環控(kong)制）。

3、由于沒有接觸電刷而實現了更大的可(ke)靠性。

缺點：

1、需(xu)要脈沖信號(hao)輸出電路。

2、當控制(zhi)不適(shi)當的時候，可能會(hui)出(chu)現同步丟失。

3、由于在旋轉軸停止后仍然(ran)存在電流而產生熱量。

三、步進電機的分類

步(bu)進電機在(zai)構造上有三(san)種主要類型：反應式（Variable Reluctance，VR）、永(yong)磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS）。在(zai)我國所采用的步(bu)進電機中以反應式步(bu)進電機為主。

1、反應式

定子上有繞組(zu)(zu)，繞組(zu)(zu)由軟磁材料(liao)組(zu)(zu)成。其結(jie)構簡(jian)單(dan)、成本低、步距(ju)角小，可達1.2度，但動(dong)態(tai)性能差，效率低、發(fa)熱大，可靠性難以保證。

2、永磁式

永磁式步(bu)進電機的轉子(zi)用永磁材(cai)料制成，轉子(zi)的極(ji)數與定子(zi)的極(ji)數相同。其特(te)點是動(dong)態性能好、輸出力矩大，但這種電機度(du)(du)差，步(bu)距角大（一般為7.5度(du)(du)或15度(du)(du)）。

3、混合式

混(hun)合(he)式步進電機(ji)綜(zong)合(he)了(le)反應(ying)式和(he)永磁式的優點，其定子上有很多相繞組，轉子上采用永磁材料，轉子和(he)定子均(jun)有多個小(xiao)齒以提高步距(ju)精度。其特點是輸出力矩大、動態性能好、步距(ju)角(jiao)小(xiao)，但結構復雜、成本(ben)相對較高。

步進電機按定子上(shang)繞(rao)組(zu)來分(fen)，共有二相(xiang)(xiang)、三相(xiang)(xiang)和(he)(he)五相(xiang)(xiang)等(deng)系列。最受歡迎的(de)是(shi)(shi)兩相(xiang)(xiang)混合式步(bu)進(jin)電機，約占97%以上(shang)的(de)市場份額，其原因是(shi)(shi)性價比(bi)高，配上(shang)細(xi)(xi)分(fen)驅動(dong)器后(hou)效果良好。該種(zhong)電機的(de)基本步(bu)距角(jiao)為(wei)1.8°/步(bu)，配上(shang)半步(bu)驅動(dong)器后(hou)，步(bu)距角(jiao)減少為(wei)0.9°，配上(shang)細(xi)(xi)分(fen)驅動(dong)器后(hou)其步(bu)距角(jiao)可(ke)細(xi)(xi)分(fen)達256倍（0.007°/微(wei)步(bu)）。由于摩擦力和(he)(he)制造精度等(deng)原因，實際控(kong)制精度略低。同一步(bu)進(jin)電機可(ke)配不同細(xi)(xi)分(fen)的(de)驅動(dong)器以改(gai)變精度和(he)(he)效果。