一、步進電機是什么意思

步進電機是(shi)一(yi)種(zhong)無刷機電設備，它將施(shi)加(jia)在其勵磁繞(rao)組上的(de)(de)(de)電脈沖(chong)序(xu)列轉(zhuan)換(huan)為(wei)(wei)精(jing)確定(ding)義的(de)(de)(de)逐(zhu)步(bu)機械軸(zhou)旋轉(zhuan)。對于每個(ge)離(li)散脈沖(chong)，電機的(de)(de)(de)軸(zhou)旋轉(zhuan)一(yi)個(ge)固(gu)定(ding)的(de)(de)(de)角(jiao)度(du)(du)。這種(zhong)旋轉(zhuan)可以是(shi)線性的(de)(de)(de)或角(jiao)度(du)(du)的(de)(de)(de)。對于單(dan)個(ge)脈沖(chong)輸入，它會移動一(yi)步(bu)。當施(shi)加(jia)一(yi)系列脈沖(chong)時，它會轉(zhuan)動一(yi)定(ding)角(jiao)度(du)(du)。每個(ge)脈沖(chong)步(bu)進(jin)電機軸(zhou)轉(zhuan)過的(de)(de)(de)角(jiao)度(du)(du)稱為(wei)(wei)步(bu)距角(jiao)，通常以度(du)(du)數(shu)表示。

輸入給電機的(de)(de)脈沖數決定步(bu)距角(jiao)，因此電機軸(zhou)(zhou)的(de)(de)位(wei)置通(tong)過控制脈沖數來控制。這種獨特的(de)(de)特性(xing)使(shi)步(bu)進(jin)電機非常適合開(kai)環控制系(xi)統，其中軸(zhou)(zhou)的(de)(de)精(jing)確(que)位(wei)置通(tong)過精(jing)確(que)的(de)(de)脈沖數保持，而無需(xu)使(shi)用反饋傳感器。

步(bu)距角越(yue)小，每(mei)轉的(de)步(bu)數越(yue)大，獲得的(de)位(wei)置精度(du)越(yue)高。步(bu)距角大到90度(du)，小到0.72度(du)，常用(yong)的(de)步(bu)距角有1.8度(du)、2.5度(du)、7.5度(du)和15度(du)。

軸(zhou)的(de)旋(xuan)轉方(fang)向取(qu)決于施(shi)加(jia)(jia)到定子上(shang)的(de)脈沖(chong)(chong)序列。軸(zhou)的(de)速(su)度(du)(du)或平均電(dian)機(ji)速(su)度(du)(du)與(yu)施(shi)加(jia)(jia)在(zai)勵磁繞(rao)組(zu)上(shang)的(de)輸入脈沖(chong)(chong)的(de)頻(pin)(pin)率（輸入脈沖(chong)(chong)的(de)速(su)率）成正(zheng)比(bi)。因此，如果頻(pin)(pin)率較低，步(bu)進電(dian)機(ji)會逐步(bu)旋(xuan)轉，而對于高(gao)頻(pin)(pin)，由于慣性，它會像直流(liu)電(dian)機(ji)一樣連續旋(xuan)轉。

像所有(you)電(dian)(dian)(dian)動機一樣，步進(jin)電(dian)(dian)(dian)機具(ju)有(you)定子(zi)(zi)(zi)和轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)。轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)是(shi)沒有(you)繞組、電(dian)(dian)(dian)刷(shua)和換(huan)向器的(de)(de)可(ke)動部(bu)件。通(tong)常(chang)轉(zhuan)子(zi)(zi)(zi)是(shi)可(ke)變磁(ci)阻或(huo)永磁(ci)體(ti)。定子(zi)(zi)(zi)通(tong)常(chang)由多(duo)極和多(duo)相繞組構成，通(tong)常(chang)由三(san)相或(huo)四(si)相繞組組成，所需的(de)(de)極數由每個輸入脈(mo)沖(chong)的(de)(de)所需角位移決定。

與(yu)其他電機(ji)不(bu)同(tong)的(de)(de)是，步進電機(ji)使用(yong)經過編程的(de)(de)離散控制(zhi)脈沖運行，這(zhe)些脈沖通(tong)過電子驅動器施加到定子繞組上(shang)。由(you)于順序通(tong)電的(de)(de)定子繞組的(de)(de)磁極和(he)轉子磁極之間的(de)(de)磁相(xiang)互(hu)作用(yong)而(er)發生旋(xuan)轉。

當今市場上有多種類(lei)型的步進電機(ji)，它們(men)的尺寸、步數、結構(gou)、接線、傳動裝置和(he)其他電氣特性各(ge)不(bu)相同。由于(yu)這些(xie)電機(ji)能夠以(yi)離(li)散方式運行(xing)，因(yin)此步進電機(ji)非常(chang)適合于(yu)計算機(ji)等數字控制(zhi)設備(bei)連接。

由于對(dui)速度(du)、旋轉、方向和(he)角度(du)位置的(de)精確控(kong)制(zhi)，這(zhe)些在(zai)工業過程控(kong)制(zhi)系(xi)統(tong)、CNC機器(qi)、機器(qi)人、制(zhi)造自動化(hua)系(xi)統(tong)和(he)儀器(qi)儀表中特別受關注(zhu)。

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二、步進電機的特點

步進電機(ji)的(de)(de)優點(dian)和缺(que)點(dian)都非(fei)常的(de)(de)突出，優點(dian)集中(zhong)于控制簡單(dan)、精(jing)度高，缺(que)點(dian)是(shi)(shi)噪(zao)聲(sheng)、震動(dong)(dong)和效率，它沒(mei)有(you)(you)累積誤差，結構簡單(dan)，使用(yong)維(wei)修方便，制造成本低。步進電機(ji)帶動(dong)(dong)負載慣量的(de)(de)能力(li)大，適用(yong)于中(zhong)小(xiao)型機(ji)床和速度精(jing)度要求不高的(de)(de)地(di)方，缺(que)點(dian)是(shi)(shi)效率較低、發熱大，有(you)(you)時會“失步”。優缺(que)點(dian)如下所示(shi)。

優點：

1、電(dian)機操(cao)作(zuo)易(yi)于通(tong)過脈沖信(xin)號輸入到電(dian)機進行控制(zhi)。

2、不需(xu)要反饋電路以(yi)返回(hui)旋轉軸的位(wei)置(zhi)和速度(du)信息（開環控制(zhi)）。

3、由于沒有(you)接觸電刷而(er)實現了更大的可(ke)靠性。

缺點：

1、需要脈(mo)沖信(xin)號輸(shu)出電路。

2、當控制(zhi)不適(shi)當的時候，可能會出現(xian)同步(bu)丟失。

3、由于在(zai)旋轉軸停止后(hou)仍然存在(zai)電(dian)流而(er)產生熱量。

三、步進電機的分類

步(bu)進電(dian)機(ji)在構造上有(you)三(san)種主(zhu)要(yao)類(lei)型：反(fan)(fan)應式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混(hun)合式（Hybrid Stepping,HS）。在我國所采(cai)用的步(bu)進電(dian)機(ji)中以反(fan)(fan)應式步(bu)進電(dian)機(ji)為主(zhu)。

1、反應式

定(ding)子上有繞組，繞組由軟磁(ci)材料組成(cheng)。其結(jie)構簡單、成(cheng)本(ben)低、步距角小，可達(da)1.2度，但動(dong)態性能差(cha)，效(xiao)率低、發熱大，可靠性難以保證。

2、永磁式

永磁式步進電機(ji)的轉子用永磁材料(liao)制(zhi)成，轉子的極數(shu)與定子的極數(shu)相(xiang)同。其(qi)特點是動態性能好(hao)、輸出(chu)力矩(ju)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(hun)合式步進電(dian)機(ji)綜合了(le)反應式和永磁式的(de)優點(dian)，其定子上有很多相(xiang)繞組，轉子上采用永磁材料，轉子和定子均有多個小(xiao)齒以提高步距精度。其特點(dian)是輸出力矩大、動(dong)態(tai)性能好、步距角小(xiao)，但結構復雜(za)、成本(ben)相(xiang)對(dui)較(jiao)高。

步進電機按(an)定子上繞組來分(fen)，共有二(er)相(xiang)、三相(xiang)和五相(xiang)等(deng)系列。最(zui)受歡(huan)迎(ying)的(de)是兩相(xiang)混合式(shi)步(bu)(bu)(bu)進電(dian)機，約占97%以(yi)上的(de)市場份額，其(qi)原因是性價(jia)比高(gao)，配上細分(fen)驅(qu)動器(qi)后效果(guo)良好(hao)。該(gai)種電(dian)機的(de)基(ji)本步(bu)(bu)(bu)距(ju)角為(wei)1.8°/步(bu)(bu)(bu)，配上半步(bu)(bu)(bu)驅(qu)動器(qi)后，步(bu)(bu)(bu)距(ju)角減少(shao)為(wei)0.9°，配上細分(fen)驅(qu)動器(qi)后其(qi)步(bu)(bu)(bu)距(ju)角可(ke)細分(fen)達256倍（0.007°/微步(bu)(bu)(bu)）。由于摩擦力和制(zhi)造精度(du)(du)等(deng)原因，實際控制(zhi)精度(du)(du)略(lve)低。同一(yi)步(bu)(bu)(bu)進電(dian)機可(ke)配不同細分(fen)的(de)驅(qu)動器(qi)以(yi)改變精度(du)(du)和效果(guo)。