一、步進電機是什么意思

步進電機是一(yi)種(zhong)無刷機電設備，它將施加(jia)在(zai)其勵磁繞組上的(de)(de)電脈(mo)(mo)沖(chong)序列轉換為(wei)(wei)精確定義的(de)(de)逐步(bu)機械軸旋轉。對(dui)于(yu)每個離散(san)脈(mo)(mo)沖(chong)，電機的(de)(de)軸旋轉一(yi)個固定的(de)(de)角(jiao)(jiao)(jiao)度(du)(du)。這種(zhong)旋轉可以(yi)是線性的(de)(de)或角(jiao)(jiao)(jiao)度(du)(du)的(de)(de)。對(dui)于(yu)單(dan)個脈(mo)(mo)沖(chong)輸入，它會移動(dong)一(yi)步(bu)。當施加(jia)一(yi)系列脈(mo)(mo)沖(chong)時(shi)，它會轉動(dong)一(yi)定角(jiao)(jiao)(jiao)度(du)(du)。每個脈(mo)(mo)沖(chong)步(bu)進電機軸轉過的(de)(de)角(jiao)(jiao)(jiao)度(du)(du)稱為(wei)(wei)步(bu)距角(jiao)(jiao)(jiao)，通常以(yi)度(du)(du)數表示(shi)。

輸入給電機的(de)(de)脈(mo)沖數決定步距角，因此(ci)電機軸的(de)(de)位置通過(guo)控制(zhi)脈(mo)沖數來控制(zhi)。這種獨特的(de)(de)特性使(shi)步進電機非常適(shi)合開(kai)環控制(zhi)系統，其中軸的(de)(de)精確(que)位置通過(guo)精確(que)的(de)(de)脈(mo)沖數保持(chi)，而無需(xu)使(shi)用反饋(kui)傳感器(qi)。

步距角(jiao)越(yue)小(xiao)(xiao)，每轉(zhuan)的步數越(yue)大(da)，獲得的位置精度(du)(du)(du)越(yue)高。步距角(jiao)大(da)到90度(du)(du)(du)，小(xiao)(xiao)到0.72度(du)(du)(du)，常(chang)用的步距角(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(zhou)的旋轉方(fang)向取決(jue)于施加到定子上的脈(mo)沖序列。軸(zhou)的速(su)度或平(ping)均電(dian)機(ji)速(su)度與施加在勵(li)磁繞組上的輸入脈(mo)沖的頻(pin)率（輸入脈(mo)沖的速(su)率）成正比。因(yin)此(ci)，如果頻(pin)率較低(di)，步進電(dian)機(ji)會(hui)逐步旋轉，而對于高頻(pin)，由于慣性，它會(hui)像直流電(dian)機(ji)一(yi)樣連續旋轉。

像所有(you)電動(dong)機一樣，步進(jin)電機具有(you)定(ding)(ding)子和(he)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子。轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子是沒有(you)繞組(zu)(zu)、電刷和(he)換向器(qi)的可(ke)動(dong)部(bu)件(jian)。通常轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)子是可(ke)變磁阻或永磁體。定(ding)(ding)子通常由(you)多極和(he)多相(xiang)繞組(zu)(zu)構成(cheng)，通常由(you)三相(xiang)或四相(xiang)繞組(zu)(zu)組(zu)(zu)成(cheng)，所需的極數(shu)由(you)每個輸(shu)入脈(mo)沖的所需角位(wei)移決定(ding)(ding)。

與其他電(dian)機不(bu)同的(de)是，步(bu)進(jin)電(dian)機使用經過(guo)編程的(de)離散控制(zhi)脈(mo)沖運行，這些脈(mo)沖通過(guo)電(dian)子(zi)(zi)驅動器施(shi)加到定子(zi)(zi)繞組上(shang)。由于(yu)順序通電(dian)的(de)定子(zi)(zi)繞組的(de)磁極和轉(zhuan)子(zi)(zi)磁極之(zhi)間的(de)磁相(xiang)互作用而發生旋轉(zhuan)。

當今市場上(shang)有多(duo)種類型的(de)步進電(dian)機(ji)(ji)，它(ta)們的(de)尺寸、步數(shu)、結構、接線、傳動(dong)裝置和其(qi)他電(dian)氣特性各不(bu)相同。由于這些電(dian)機(ji)(ji)能夠以離散方式運(yun)行，因此步進電(dian)機(ji)(ji)非常(chang)適合(he)于計算(suan)機(ji)(ji)等數(shu)字控(kong)制設備(bei)連接。

由于對速度(du)、旋(xuan)轉(zhuan)、方向(xiang)和角度(du)位置的精確控制，這些在工業(ye)過程(cheng)控制系(xi)統、CNC機器、機器人、制造(zao)自動化(hua)系(xi)統和儀(yi)器儀(yi)表中特別受關(guan)注。

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二、步進電機的特點

步(bu)進電(dian)機(ji)的(de)優點(dian)(dian)(dian)和(he)缺點(dian)(dian)(dian)都非常的(de)突出(chu)，優點(dian)(dian)(dian)集中于控制(zhi)簡單(dan)、精度(du)高，缺點(dian)(dian)(dian)是噪聲、震動和(he)效率，它沒(mei)有累積誤(wu)差，結(jie)構(gou)簡單(dan)，使(shi)用(yong)維修方(fang)(fang)便(bian)，制(zhi)造成本低(di)。步(bu)進電(dian)機(ji)帶動負載慣(guan)量的(de)能力大，適(shi)用(yong)于中小(xiao)型機(ji)床(chuang)和(he)速度(du)精度(du)要(yao)求不高的(de)地(di)方(fang)(fang)，缺點(dian)(dian)(dian)是效率較低(di)、發熱大，有時會“失步(bu)”。優缺點(dian)(dian)(dian)如下所示。

優點：

1、電機(ji)操作易(yi)于通過(guo)脈沖(chong)信號(hao)輸(shu)入到電機(ji)進行(xing)控(kong)制。

2、不需要反饋電(dian)路以返回旋轉軸的(de)位置和速度信息（開環控制）。

3、由于沒(mei)有接觸電刷而(er)實現(xian)了更大的可靠性。

缺點：

1、需(xu)要脈沖信(xin)號輸出(chu)電(dian)路。

2、當(dang)控制(zhi)不適(shi)當(dang)的時候，可能會出現同步(bu)丟(diu)失。

3、由(you)于(yu)在旋轉軸停止后(hou)仍然存在電流而產生熱量。

三、步進電機的分類

步進(jin)電(dian)機(ji)在構造上有三種主要類型(xing)：反應(ying)(ying)式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS）。在我國所采(cai)用的步進(jin)電(dian)機(ji)中(zhong)以(yi)反應(ying)(ying)式步進(jin)電(dian)機(ji)為主。

1、反應式

定(ding)子上有(you)繞(rao)(rao)組，繞(rao)(rao)組由軟磁材(cai)料組成(cheng)。其結構簡單、成(cheng)本低、步距角小，可達1.2度，但動態性(xing)能差，效率低、發熱大，可靠性(xing)難(nan)以保證。

2、永磁式

永磁(ci)式步進電機(ji)的轉子(zi)(zi)用永磁(ci)材料制成，轉子(zi)(zi)的極數(shu)與(yu)定子(zi)(zi)的極數(shu)相同。其特點是動態性(xing)能好、輸出力矩大，但這種電機(ji)度差，步距角大（一般為7.5度或15度）。

3、混合式

混合式步進(jin)電(dian)機綜合了反應式和(he)永(yong)磁式的優點(dian)，其(qi)(qi)定子(zi)(zi)上有(you)很多相(xiang)繞(rao)組，轉子(zi)(zi)上采用永(yong)磁材(cai)料，轉子(zi)(zi)和(he)定子(zi)(zi)均有(you)多個小(xiao)齒以提高(gao)步距精度(du)。其(qi)(qi)特點(dian)是輸出(chu)力(li)矩(ju)大、動態性能好、步距角小(xiao)，但(dan)結構(gou)復雜、成本相(xiang)對較高(gao)。

步進電機按定子上(shang)(shang)繞(rao)組來分(fen)，共有二相、三(san)相和五相等(deng)系列。最受歡(huan)迎的(de)是兩相混(hun)合式步(bu)(bu)進電機(ji)，約占97%以上(shang)(shang)的(de)市場份額，其(qi)原因(yin)是性(xing)價比高(gao)，配(pei)(pei)上(shang)(shang)細(xi)分(fen)驅動(dong)(dong)(dong)器(qi)后(hou)效(xiao)果良好。該(gai)種電機(ji)的(de)基本(ben)步(bu)(bu)距角為(wei)1.8°/步(bu)(bu)，配(pei)(pei)上(shang)(shang)半步(bu)(bu)驅動(dong)(dong)(dong)器(qi)后(hou)，步(bu)(bu)距角減少(shao)為(wei)0.9°，配(pei)(pei)上(shang)(shang)細(xi)分(fen)驅動(dong)(dong)(dong)器(qi)后(hou)其(qi)步(bu)(bu)距角可(ke)(ke)細(xi)分(fen)達256倍（0.007°/微步(bu)(bu)）。由于摩擦力和制造精度等(deng)原因(yin)，實際控制精度略低(di)。同一步(bu)(bu)進電機(ji)可(ke)(ke)配(pei)(pei)不同細(xi)分(fen)的(de)驅動(dong)(dong)(dong)器(qi)以改變精度和效(xiao)果。