一、概述

步進(jìn)電機是一種數(shù)字控制電動機，其接受控制脈沖信號并相應(yīng)的轉(zhuǎn)動一定的角度。實際運用中步進(jìn) 電機與控制器是不可分割的整體，通過單片機、DSP 等微控制器產(chǎn)生的控制脈沖信號是弱電信號，需要 經(jīng)過驅(qū)動電路功率放大后才可以作用在電機的繞組上，使繞組按一定順序通電。只要各相繞組按既定的 順序輪流通電，步進(jìn)電機就能產(chǎn)生所需的步進(jìn)運動。

因為其開環(huán)控制具有較高的分辨率，步進(jìn)電機作為經(jīng)濟型數(shù)控機床的核心，在數(shù)控機械中得到了廣 泛的應(yīng)用。經(jīng)過長期的發(fā)展，步進(jìn)電機在數(shù)字控制的許多領(lǐng)域都得到了相關(guān)的應(yīng)用，其作為控制用電機 或驅(qū)動用電機在辦公自動化設(shè)備、計算機外設(shè)和工業(yè)機械等領(lǐng)域有較多的應(yīng)用實例。近年來，微電子技 術(shù)、大功率電力電子器件及驅(qū)動技術(shù)的迅速發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了步進(jìn)電機的發(fā)展。

二、步進(jìn)電機分類

步進(jìn)電機一般可分為以下三類：

1、反應(yīng)式步進(jìn)電機。反應(yīng)式步進(jìn)電機定子由硅鋼片疊成，相對的兩個磁極纏有纏繞方向不同的同 一繞組，通電時形成一對 N、S 極，電機轉(zhuǎn)子中沒有繞組。電機轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子磁極外 表面和定子磁極內(nèi)表面有許多個大小相同、間距相同的小齒。電磁力是反應(yīng)式步進(jìn)電機產(chǎn)生運動的動力， 在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子會運動到最大磁導(dǎo)率（或者最小磁阻）的位置，并處于平衡狀態(tài)。

2、永磁式步進(jìn)電機。永磁式步進(jìn)電機轉(zhuǎn)子的材料是永磁性的，轉(zhuǎn)子與定子的極數(shù)相同，電機輸出 轉(zhuǎn)矩大，步距角相對較大，但工作性能良好。

3、混合式步進(jìn)電機?；旌鲜讲竭M(jìn)電機定子的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式步進(jìn)電機相同，轉(zhuǎn)子在軸向分為兩段， 兩段鐵芯外圍圓周方向都均勻分布著相同數(shù)量、尺寸的小齒，但相互錯位半個齒距。兩段鐵芯中間嵌入 永磁鐵，使得轉(zhuǎn)子一端鐵芯呈 N 極，另一端鐵芯呈 S 極，如圖 1.1 所示。轉(zhuǎn)子的 N、S 極性不變， 通過控制定子繞組電流實現(xiàn)定子磁極的 N、S 極性的順序變化，對轉(zhuǎn)子的 N、S 極產(chǎn)生相應(yīng)的作用力， 推動轉(zhuǎn)子按要求旋轉(zhuǎn)。因為混合式步進(jìn)電機轉(zhuǎn)子的永磁磁場也產(chǎn)生一部分的轉(zhuǎn)矩，所以比反應(yīng)式步進(jìn)電 機僅由定子磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要大。

步進(jìn)電機有如下的特點：

（1）步距角穩(wěn)定，只與電機結(jié)構(gòu)等有關(guān)，不受電壓、電流、溫度等各種干擾因素影響； 

（2）步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動角度與控制脈沖的數(shù)目成正比，沒有累積誤差； 

（3）步進(jìn)電機動態(tài)性能好，啟停、正反轉(zhuǎn)及變速都能在少數(shù)控制脈沖內(nèi)完成； 

（4）步進(jìn)電機開環(huán)控制系統(tǒng)簡單可靠，加上檢測反饋環(huán)節(jié)，可構(gòu)成高性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)； 

（5）步進(jìn)電機在中低速時具有較大轉(zhuǎn)矩，能夠比相同級別的伺服電機提供更大的扭矩輸出； 

（6）步進(jìn)電機體積小，在狹窄的空間內(nèi)仍可順利安裝，并提供較高轉(zhuǎn)矩輸出；

 步進(jìn)電動機的主要缺點是效率低；不能直接使用交流或直流電源，需要適當(dāng)?shù)尿?qū)動電源才能運行； 帶負(fù)載慣量的能力不強；在應(yīng)用中可能出現(xiàn)低頻振蕩和失步的現(xiàn)象。

三、步進(jìn)電機應(yīng)用中的問題

步進(jìn)電機一般運用在精度和穩(wěn)定性要求不高的開環(huán)系統(tǒng)中，可能存在失步并且無法準(zhǔn)確及時的對失 步進(jìn)行檢測補償?shù)膯栴}，導(dǎo)致系統(tǒng)的精度降低。步進(jìn)電機閉環(huán)控制能從根本上解決失步的問題，提高步 進(jìn)電機的工作性能，不僅可以實現(xiàn)步進(jìn)電機更加精確的位置和穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速控制，還可以使步進(jìn)電機獲得 更大的通用性。電力電子器件和微處理器的發(fā)展為步進(jìn)電機閉環(huán)控制性能的提高提供了基礎(chǔ)，步進(jìn)電機 的閉環(huán)控制正逐漸向數(shù)字化、智能化、模塊化方向發(fā)展。

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