一、步進電機介紹

步進電機又稱為脈沖電機,基于最基本的電磁鐵原理,它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵,其動作原理是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，步進電機的角位移量與輸入的脈沖個數(shù)嚴(yán)格成正比,而且在時間上與脈沖同步，因而只要控制脈沖的數(shù)量、頻率和電機繞組的相序,即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、速度和方向。

二、主要分類

步進電機從按定子上繞組來分，共有二相、三相和五相等系列，最受歡迎的是兩相混合式步進電機，約占97%以上的市場份額，其原因是性價比高，配上細分驅(qū)動器后效果良好。

該種電機的基本步距角為1.8°/步，配上半步驅(qū)動器后，步距角減少為0.9°，配上細分驅(qū)動器后其步距角可細分達256倍（0.007°/微步），由于摩擦力和制造精度等原因，實際控制精度略低，同一步進電機可配不同細分的驅(qū)動器以改變精度和效果。

三、主要構(gòu)造

步進電機是由一組纏繞在電機固定部件--定子齒槽上的線圈驅(qū)動的，通常情況下，一根繞成圈狀的金屬絲叫做螺線管，而在電機中，繞在齒上的金屬絲則叫做繞組、線圈、或相。

四、工作原理

常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致，當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度，轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度，每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。

它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)，所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。

五、發(fā)熱原理

通常見到的各類電機，內(nèi)部都是有鐵芯和繞組線圈的，繞組有電阻，通電會產(chǎn)生損耗，損耗大小與電阻和電流的平方成正比，這就是我們常說的銅損，如果電流不是標(biāo)準(zhǔn)的直流或正弦波，還會產(chǎn)生諧波損耗，鐵心有磁滯渦流效應(yīng)，在交變磁場中也會產(chǎn)生損耗，其大小與材料，電流，頻率，電壓有關(guān)，這叫鐵損。 銅損和鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機的效率，步進電機一般追求定位精度和力矩輸出，效率比較低，電流一般比較大，且諧波成分高，電流交變的頻率也隨轉(zhuǎn)速而變化，因而步進電機普遍存在發(fā)熱情況，且比一般交流電機嚴(yán)重。

六、步進電機的細分驅(qū)動控制

步進電機由于受到自身制造工藝的限制,如步距角的大小由轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運行拍數(shù)決定,但轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運行拍數(shù)是有限的,因此步進電機的步距角一般較大并且是固定的,步進的分辨率低、缺乏靈活性、在低頻運行時振動,噪音比其他微電機都高,使物理裝置容易疲勞或損壞。 這些缺點使步進電機只能應(yīng)用在一些要求較低的場合,對要求較高的場合,只能采取閉環(huán)控制,增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性,這些缺點嚴(yán)重限制了步進電機作為優(yōu)良的開環(huán)控制組件的有效利用，細分驅(qū)動技術(shù)在一定程度上有效地克服了這些缺點。

七、選擇方法

1.判斷需多大力矩

靜扭矩是選擇步進電機的主要參數(shù)之一，負(fù)載大時，需采用大力矩電機，力矩指標(biāo)大時，電機外形也大。

2.判斷電機運轉(zhuǎn)速度

轉(zhuǎn)速要求高時，應(yīng)選相電流較大、電感較小的電機，以增加功率輸入，且在選擇驅(qū)動器時采用較高供電電壓。

3.選擇電機的安裝規(guī)格

如57、86、110等，主要與力矩要求有關(guān)。

4.確定定位精度和振動方面的要求情況

判斷是否需細分，需多少細分，根據(jù)電機的電流、細分和供電電壓選擇驅(qū)動器。

八、主要特性

1.步進電機必須加驅(qū)動才可以運轉(zhuǎn)，驅(qū)動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候，步進電機靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的速度和脈沖的頻率成正比。

2.三相步進電機的步進角度為7.5度，一圈360度，需要48個脈沖完成。

3.步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。

4.改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動的方向，因此，打印機、繪圖儀、機器人等設(shè)備都以步進電機為動力核心。

九、步進電機優(yōu)點

1.電機旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)。

2.電機停轉(zhuǎn)的時候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組激磁時）。

3.由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運動的重復(fù)性。

4.優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)。

5.由于沒有電刷，可靠性較高，因此電機的壽命僅僅取決于軸承的壽命。

6.電機的響應(yīng)僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開環(huán)控制，這使得電機的結(jié)構(gòu)可以比較簡單而且控制成本。

7.僅僅將負(fù)載直接連接到電機的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)。

8.由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。

十、步進電機缺陷

1.如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振。

2.難以運轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速。

3.難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩。

4.在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低。

5.超過負(fù)載時會破壞同步，高速工作時會發(fā)出振動和噪聲。

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