一、步進電機是什么意思

步進電機是(shi)一(yi)種無刷(shua)機電設備(bei)，它將施(shi)加在(zai)其勵磁繞組上的(de)電脈沖序列(lie)轉(zhuan)換為精確(que)定(ding)義的(de)逐(zhu)步機械(xie)軸旋(xuan)轉(zhuan)。對于(yu)每(mei)個(ge)離散(san)脈沖，電機的(de)軸旋(xuan)轉(zhuan)一(yi)個(ge)固定(ding)的(de)角(jiao)度(du)。這種旋(xuan)轉(zhuan)可以(yi)是(shi)線(xian)性的(de)或角(jiao)度(du)的(de)。對于(yu)單個(ge)脈沖輸入，它會(hui)移動一(yi)步。當施(shi)加一(yi)系列(lie)脈沖時，它會(hui)轉(zhuan)動一(yi)定(ding)角(jiao)度(du)。每(mei)個(ge)脈沖步進電機軸轉(zhuan)過的(de)角(jiao)度(du)稱為步距(ju)角(jiao)，通常(chang)以(yi)度(du)數表示。

輸入給(gei)電(dian)機的脈(mo)沖(chong)數決定步距角(jiao)，因此(ci)電(dian)機軸的位(wei)(wei)置(zhi)通過控(kong)制脈(mo)沖(chong)數來控(kong)制。這種獨(du)特(te)的特(te)性使步進電(dian)機非常適合(he)開環(huan)控(kong)制系統，其中軸的精(jing)(jing)確(que)位(wei)(wei)置(zhi)通過精(jing)(jing)確(que)的脈(mo)沖(chong)數保持，而(er)無需使用反饋傳感器。

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

軸(zhou)(zhou)的旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)方向取(qu)決于施加到定子(zi)上的脈沖(chong)序(xu)列。軸(zhou)(zhou)的速(su)度或平均電機速(su)度與(yu)施加在勵磁繞(rao)組上的輸入脈沖(chong)的頻(pin)(pin)率（輸入脈沖(chong)的速(su)率）成正比。因此，如果頻(pin)(pin)率較(jiao)低，步進電機會逐步旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)，而對于高頻(pin)(pin)，由于慣性，它會像直(zhi)流電機一(yi)樣連續(xu)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)。

像(xiang)所(suo)有(you)電(dian)(dian)動機(ji)一樣，步進電(dian)(dian)機(ji)具(ju)有(you)定子(zi)(zi)和轉子(zi)(zi)。轉子(zi)(zi)是沒有(you)繞組、電(dian)(dian)刷(shua)和換向(xiang)器的(de)可(ke)動部(bu)件。通常轉子(zi)(zi)是可(ke)變磁(ci)阻或永磁(ci)體。定子(zi)(zi)通常由多極和多相繞組構成，通常由三相或四相繞組組成，所(suo)需(xu)的(de)極數由每個(ge)輸(shu)入(ru)脈沖的(de)所(suo)需(xu)角位(wei)移決(jue)定。

與其他電(dian)(dian)機不同的(de)(de)(de)是，步進電(dian)(dian)機使用經過(guo)編程的(de)(de)(de)離(li)散控制脈沖運行，這些脈沖通過(guo)電(dian)(dian)子(zi)驅動器施加到定子(zi)繞組上。由于順序通電(dian)(dian)的(de)(de)(de)定子(zi)繞組的(de)(de)(de)磁極(ji)和轉(zhuan)子(zi)磁極(ji)之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)磁相互作用而發生(sheng)旋轉(zhuan)。

當今市場上有多種類型的步進電機，它(ta)們的尺寸(cun)、步數、結構、接線、傳(chuan)動裝置和其他(ta)電氣特性各不相同。由于這些電機能(neng)夠(gou)以離散方式運行，因此步進電機非(fei)常適(shi)合于計算(suan)機等數字控制設備連(lian)接。

由(you)于對(dui)速度、旋轉、方向和(he)角度位置的精確控制，這些在工業過程控制系(xi)統、CNC機器(qi)、機器(qi)人(ren)、制造自(zi)動化(hua)系(xi)統和(he)儀器(qi)儀表中(zhong)特別受關注。

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二、步進電機的特點

步進(jin)電機的(de)優(you)點(dian)和缺點(dian)都非常(chang)的(de)突出，優(you)點(dian)集中于(yu)控(kong)制簡單(dan)、精(jing)度(du)高(gao)，缺點(dian)是(shi)(shi)噪(zao)聲(sheng)、震動和效率，它沒有累積誤差，結構簡單(dan)，使用維修方(fang)便(bian)，制造成本(ben)低。步進(jin)電機帶動負載慣(guan)量的(de)能(neng)力大，適用于(yu)中小型機床和速(su)度(du)精(jing)度(du)要求不(bu)高(gao)的(de)地(di)方(fang)，缺點(dian)是(shi)(shi)效率較低、發熱大，有時會(hui)“失步”。優(you)缺點(dian)如下所示。

優點：

1、電機操作易于(yu)通過(guo)脈沖信號輸入(ru)到電機進行控制。

2、不需要反(fan)饋電路以返回(hui)旋轉軸的位置(zhi)和(he)速度信(xin)息（開(kai)環控制）。

3、由(you)于沒(mei)有接觸電(dian)刷而實(shi)現了更大的(de)可靠性。

缺點：

1、需要脈(mo)沖信(xin)號(hao)輸出電路。

2、當控制不適當的時候，可能會出現同(tong)步丟失(shi)。

3、由于在(zai)旋轉軸停止后仍然(ran)存(cun)在(zai)電(dian)流而產生熱量(liang)。

三、步進電機的分類

步(bu)進電機(ji)在構造上有三種主要類型：反(fan)應式(shi)（Variable Reluctance，VR）、永磁式(shi)（Permanent Magnet,PM）和混合式(shi)（Hybrid Stepping,HS）。在我國所(suo)采用的步(bu)進電機(ji)中以反(fan)應式(shi)步(bu)進電機(ji)為主。

1、反應式

定子上有繞組，繞組由軟(ruan)磁材料(liao)組成。其結(jie)構簡單、成本低、步距角小，可達1.2度，但動態性能(neng)差，效(xiao)率低、發熱大(da)，可靠性難以保(bao)證。

2、永磁式

永(yong)磁(ci)式步進電機(ji)的轉子(zi)用(yong)永(yong)磁(ci)材料制成，轉子(zi)的極數(shu)與定(ding)子(zi)的極數(shu)相同。其特點是動(dong)態(tai)性能好、輸(shu)出力矩大(da)，但這種(zhong)電機(ji)度差，步距角大(da)（一般為7.5度或(huo)15度）。

3、混合式

混合(he)式(shi)步進電機(ji)綜合(he)了反(fan)應式(shi)和永(yong)磁式(shi)的優點(dian)，其定(ding)子(zi)(zi)(zi)上有很(hen)多相繞組，轉子(zi)(zi)(zi)上采用永(yong)磁材料(liao)，轉子(zi)(zi)(zi)和定(ding)子(zi)(zi)(zi)均有多個小(xiao)齒以提高步距精度。其特點(dian)是(shi)輸出力矩大、動(dong)態性能(neng)好(hao)、步距角小(xiao)，但結構復(fu)雜(za)、成本相對較高。

步進電機按定(ding)子上(shang)(shang)繞組來分，共有二相、三相和五相等(deng)系列。最受歡迎的是(shi)兩相混合式步(bu)進電機，約(yue)占97%以上(shang)(shang)的市場份(fen)額，其(qi)(qi)原(yuan)因是(shi)性價比高，配上(shang)(shang)細(xi)(xi)分驅(qu)(qu)動器(qi)后(hou)效(xiao)果良好(hao)。該種電機的基本(ben)步(bu)距角為(wei)1.8°/步(bu)，配上(shang)(shang)半步(bu)驅(qu)(qu)動器(qi)后(hou)，步(bu)距角減(jian)少(shao)為(wei)0.9°，配上(shang)(shang)細(xi)(xi)分驅(qu)(qu)動器(qi)后(hou)其(qi)(qi)步(bu)距角可細(xi)(xi)分達(da)256倍（0.007°/微步(bu)）。由于摩(mo)擦力和制(zhi)造(zao)精度等(deng)原(yuan)因，實際控制(zhi)精度略低(di)。同一步(bu)進電機可配不同細(xi)(xi)分的驅(qu)(qu)動器(qi)以改變(bian)精度和效(xiao)果。