一、步進電機是什么意思

步進電機是(shi)一種(zhong)無刷機(ji)電設備(bei)，它(ta)(ta)將(jiang)施加在其勵磁繞組上的(de)電脈沖(chong)(chong)序列轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)換為精確定(ding)(ding)義的(de)逐步機(ji)械軸旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)。對于每(mei)(mei)個(ge)(ge)(ge)(ge)離(li)散脈沖(chong)(chong)，電機(ji)的(de)軸旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)一個(ge)(ge)(ge)(ge)固定(ding)(ding)的(de)角度。這(zhe)種(zhong)旋轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)可(ke)以是(shi)線性的(de)或角度的(de)。對于單個(ge)(ge)(ge)(ge)脈沖(chong)(chong)輸入，它(ta)(ta)會(hui)(hui)移(yi)動一步。當施加一系列脈沖(chong)(chong)時(shi)，它(ta)(ta)會(hui)(hui)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動一定(ding)(ding)角度。每(mei)(mei)個(ge)(ge)(ge)(ge)脈沖(chong)(chong)步進電機(ji)軸轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)過的(de)角度稱為步距(ju)角，通常以度數表示。

輸入(ru)給電(dian)機的(de)脈(mo)沖(chong)數決定步距角，因此電(dian)機軸的(de)位置(zhi)(zhi)通過控(kong)制脈(mo)沖(chong)數來控(kong)制。這種獨(du)特的(de)特性使(shi)步進電(dian)機非(fei)常(chang)適合開(kai)環控(kong)制系統，其中(zhong)軸的(de)精(jing)確(que)位置(zhi)(zhi)通過精(jing)確(que)的(de)脈(mo)沖(chong)數保持，而無需(xu)使(shi)用(yong)反(fan)饋傳感(gan)器。

步(bu)距角(jiao)越(yue)小(xiao)，每轉的(de)步(bu)數(shu)越(yue)大，獲得的(de)位置精(jing)度(du)越(yue)高(gao)。步(bu)距角(jiao)大到(dao)90度(du)，小(xiao)到(dao)0.72度(du)，常(chang)用的(de)步(bu)距角(jiao)有1.8度(du)、2.5度(du)、7.5度(du)和15度(du)。

軸的(de)(de)旋轉(zhuan)方(fang)向取(qu)決于施加到定子上的(de)(de)脈(mo)沖序(xu)列。軸的(de)(de)速(su)度或平均(jun)電(dian)機(ji)速(su)度與施加在(zai)勵磁繞組上的(de)(de)輸入脈(mo)沖的(de)(de)頻率(lv)（輸入脈(mo)沖的(de)(de)速(su)率(lv)）成正比。因此，如(ru)果頻率(lv)較低(di)，步進電(dian)機(ji)會逐(zhu)步旋轉(zhuan)，而對于高頻，由于慣性，它會像(xiang)直(zhi)流電(dian)機(ji)一樣(yang)連續旋轉(zhuan)。

像所(suo)(suo)有電動(dong)機(ji)(ji)一樣，步進電機(ji)(ji)具有定(ding)(ding)子(zi)(zi)和(he)轉子(zi)(zi)。轉子(zi)(zi)是沒有繞組、電刷(shua)和(he)換向器的(de)可(ke)動(dong)部件(jian)。通常轉子(zi)(zi)是可(ke)變磁(ci)阻或永磁(ci)體(ti)。定(ding)(ding)子(zi)(zi)通常由多(duo)(duo)極和(he)多(duo)(duo)相(xiang)繞組構成，通常由三相(xiang)或四(si)相(xiang)繞組組成，所(suo)(suo)需(xu)的(de)極數(shu)由每個輸入脈沖的(de)所(suo)(suo)需(xu)角位移決定(ding)(ding)。

與其他(ta)電(dian)機不同(tong)的(de)(de)是(shi)，步進電(dian)機使用(yong)(yong)經過編程的(de)(de)離散控(kong)制(zhi)脈(mo)沖(chong)運(yun)行(xing)，這些脈(mo)沖(chong)通(tong)過電(dian)子驅(qu)動器施加到定子繞組上(shang)。由于順序通(tong)電(dian)的(de)(de)定子繞組的(de)(de)磁極(ji)和轉子磁極(ji)之間的(de)(de)磁相互作用(yong)(yong)而(er)發生旋(xuan)轉。

當今市場上有多種類型的步(bu)進(jin)(jin)電(dian)(dian)機(ji)，它們的尺寸、步(bu)數、結構、接線、傳動裝(zhuang)置和其(qi)他電(dian)(dian)氣特性各(ge)不相同。由于(yu)這些電(dian)(dian)機(ji)能夠以離散方式運行，因此步(bu)進(jin)(jin)電(dian)(dian)機(ji)非常適合于(yu)計算機(ji)等數字控制設(she)備連接。

由于(yu)對速度、旋轉、方向和角度位置的精確控制(zhi)，這些在工業過程控制(zhi)系統(tong)、CNC機(ji)器、機(ji)器人、制(zhi)造(zao)自動化(hua)系統(tong)和儀(yi)器儀(yi)表中特別受(shou)關注。

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二、步進電機的特點

步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)的優點(dian)和(he)(he)缺(que)點(dian)都(dou)非(fei)常(chang)的突出，優點(dian)集中(zhong)于控制(zhi)簡單、精(jing)度(du)高，缺(que)點(dian)是噪聲、震(zhen)動和(he)(he)效率(lv)，它沒有(you)(you)累(lei)積誤差(cha)，結構簡單，使用維修方(fang)便，制(zhi)造成(cheng)本低(di)。步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)帶(dai)動負載慣(guan)量的能(neng)力大(da)，適(shi)用于中(zhong)小型機(ji)床和(he)(he)速度(du)精(jing)度(du)要求不高的地(di)方(fang)，缺(que)點(dian)是效率(lv)較低(di)、發熱大(da)，有(you)(you)時會“失步(bu)”。優缺(que)點(dian)如下所示(shi)。

優點：

1、電(dian)機操作易(yi)于通過脈沖信號輸入到電(dian)機進行控制。

2、不需要反饋電(dian)路以返回旋轉軸的(de)位(wei)置和速度信(xin)息(xi)（開環控制(zhi)）。

3、由于(yu)沒有接(jie)觸電(dian)刷而實現了更(geng)大的可靠(kao)性。

缺點：

1、需(xu)要脈沖信號輸出電路。

2、當控制(zhi)不適當的時(shi)候，可能會出(chu)現(xian)同(tong)步丟失。

3、由(you)于在旋轉軸停止后仍然存(cun)在電流(liu)而產(chan)生熱量。

三、步進電機的分類

步(bu)進(jin)電(dian)機在構造上有三種主要(yao)類型：反應式(shi)(shi)（Variable Reluctance，VR）、永磁式(shi)(shi)（Permanent Magnet,PM）和(he)混合式(shi)(shi)（Hybrid Stepping,HS）。在我國所采用(yong)的(de)步(bu)進(jin)電(dian)機中以反應式(shi)(shi)步(bu)進(jin)電(dian)機為主。

1、反應式

定(ding)子上(shang)有繞組，繞組由軟磁材料組成(cheng)。其結構簡單、成(cheng)本低、步距角小，可(ke)達(da)1.2度，但動態(tai)性能差，效(xiao)率(lv)低、發(fa)熱大，可(ke)靠性難(nan)以保證。

2、永磁式

永(yong)磁(ci)(ci)式步進電機(ji)(ji)的(de)轉(zhuan)子(zi)用永(yong)磁(ci)(ci)材料(liao)制成(cheng)，轉(zhuan)子(zi)的(de)極(ji)(ji)數(shu)與定子(zi)的(de)極(ji)(ji)數(shu)相同(tong)。其特點是動態性能好、輸出力矩大，但(dan)這種電機(ji)(ji)度差，步距角大（一般為7.5度或15度）。

3、混合式

混合式(shi)(shi)步進電機(ji)綜合了反應式(shi)(shi)和永(yong)磁(ci)式(shi)(shi)的優(you)點，其定子(zi)上有很多相繞組(zu)，轉子(zi)上采用永(yong)磁(ci)材料，轉子(zi)和定子(zi)均有多個(ge)小齒以提高(gao)步距(ju)精(jing)度。其特點是輸出力矩大、動(dong)態性能(neng)好、步距(ju)角小，但結構復(fu)雜、成(cheng)本相對較高(gao)。

步進電機按定子上(shang)繞組來分(fen)，共有二(er)相(xiang)、三相(xiang)和五相(xiang)等系(xi)列。最受歡(huan)迎的(de)(de)是(shi)(shi)兩相(xiang)混(hun)合式(shi)步(bu)(bu)(bu)進電機，約占97%以上(shang)的(de)(de)市場份額，其(qi)原因是(shi)(shi)性價比高，配(pei)上(shang)細分(fen)驅(qu)(qu)動(dong)器(qi)后(hou)效(xiao)果(guo)良(liang)好。該種電機的(de)(de)基(ji)本步(bu)(bu)(bu)距角為1.8°/步(bu)(bu)(bu)，配(pei)上(shang)半步(bu)(bu)(bu)驅(qu)(qu)動(dong)器(qi)后(hou)，步(bu)(bu)(bu)距角減少(shao)為0.9°，配(pei)上(shang)細分(fen)驅(qu)(qu)動(dong)器(qi)后(hou)其(qi)步(bu)(bu)(bu)距角可細分(fen)達256倍（0.007°/微步(bu)(bu)(bu)）。由于摩擦力(li)和制造精度(du)等原因，實(shi)際控制精度(du)略(lve)低。同一步(bu)(bu)(bu)進電機可配(pei)不同細分(fen)的(de)(de)驅(qu)(qu)動(dong)器(qi)以改變精度(du)和效(xiao)果(guo)。