一、步進(jìn)電機(jī)是什么意思

步進(jìn)電機(jī)是一種無(wú)刷機(jī)電設(shè)備，它將施加在其勵(lì)磁繞組上的電脈沖序列轉(zhuǎn)換為精確定義的逐步機(jī)械軸旋轉(zhuǎn)。對(duì)于每個(gè)離散脈沖，電機(jī)的軸旋轉(zhuǎn)一個(gè)固定的角度。這種旋轉(zhuǎn)可以是線(xiàn)性的或角度的。對(duì)于單個(gè)脈沖輸入，它會(huì)移動(dòng)一步。當(dāng)施加一系列脈沖時(shí)，它會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度。每個(gè)脈沖步進(jìn)電機(jī)軸轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱(chēng)為步距角，通常以度數(shù)表示。

輸入給電機(jī)的脈沖數(shù)決定步距角，因此電機(jī)軸的位置通過(guò)控制脈沖數(shù)來(lái)控制。這種獨(dú)特的特性使步進(jìn)電機(jī)非常適合開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)，其中軸的精確位置通過(guò)精確的脈沖數(shù)保持，而無(wú)需使用反饋傳感器。

步距角越小，每轉(zhuǎn)的步數(shù)越大，獲得的位置精度越高。步距角大到90度，小到0.72度，常用的步距角有1.8度、2.5度、7.5度和15度。

軸的旋轉(zhuǎn)方向取決于施加到定子上的脈沖序列。軸的速度或平均電機(jī)速度與施加在勵(lì)磁繞組上的輸入脈沖的頻率（輸入脈沖的速率）成正比。因此，如果頻率較低，步進(jìn)電機(jī)會(huì)逐步旋轉(zhuǎn)，而對(duì)于高頻，由于慣性，它會(huì)像直流電機(jī)一樣連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

像所有電動(dòng)機(jī)一樣，步進(jìn)電機(jī)具有定子和轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子是沒(méi)有繞組、電刷和換向器的可動(dòng)部件。通常轉(zhuǎn)子是可變磁阻或永磁體。定子通常由多極和多相繞組構(gòu)成，通常由三相或四相繞組組成，所需的極數(shù)由每個(gè)輸入脈沖的所需角位移決定。

與其他電機(jī)不同的是，步進(jìn)電機(jī)使用經(jīng)過(guò)編程的離散控制脈沖運(yùn)行，這些脈沖通過(guò)電子驅(qū)動(dòng)器施加到定子繞組上。由于順序通電的定子繞組的磁極和轉(zhuǎn)子磁極之間的磁相互作用而發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)今市場(chǎng)上有多種類(lèi)型的步進(jìn)電機(jī)，它們的尺寸、步數(shù)、結(jié)構(gòu)、接線(xiàn)、傳動(dòng)裝置和其他電氣特性各不相同。由于這些電機(jī)能夠以離散方式運(yùn)行，因此步進(jìn)電機(jī)非常適合于計(jì)算機(jī)等數(shù)字控制設(shè)備連接。

由于對(duì)速度、旋轉(zhuǎn)、方向和角度位置的精確控制，這些在工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)、CNC機(jī)器、機(jī)器人、制造自動(dòng)化系統(tǒng)和儀器儀表中特別受關(guān)注。

二、步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)

步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都非常的突出，優(yōu)點(diǎn)集中于控制簡(jiǎn)單、精度高，缺點(diǎn)是噪聲、震動(dòng)和效率，它沒(méi)有累積誤差，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便，制造成本低。步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)負(fù)載慣量的能力大，適用于中小型機(jī)床和速度精度要求不高的地方，缺點(diǎn)是效率較低、發(fā)熱大，有時(shí)會(huì)“失步”。優(yōu)缺點(diǎn)如下所示。

優(yōu)點(diǎn)：

1、電機(jī)操作易于通過(guò)脈沖信號(hào)輸入到電機(jī)進(jìn)行控制。

2、不需要反饋電路以返回旋轉(zhuǎn)軸的位置和速度信息（開(kāi)環(huán)控制）。

3、由于沒(méi)有接觸電刷而實(shí)現(xiàn)了更大的可靠性。

缺點(diǎn)：

1、需要脈沖信號(hào)輸出電路。

2、當(dāng)控制不適當(dāng)?shù)臅r(shí)候，可能會(huì)出現(xiàn)同步丟失。

3、由于在旋轉(zhuǎn)軸停止后仍然存在電流而產(chǎn)生熱量。

三、步進(jìn)電機(jī)的分類(lèi)

步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上有三種主要類(lèi)型：反應(yīng)式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS）。在我國(guó)所采用的步進(jìn)電機(jī)中以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為主。

1、反應(yīng)式

定子上有繞組，繞組由軟磁材料組成。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、步距角小，可達(dá)1.2度，但動(dòng)態(tài)性能差，效率低、發(fā)熱大，可靠性難以保證。

2、永磁式

永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機(jī)度差，步距角大（一般為7.5度或15度）。

3、混合式

混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，其定子上有很多相繞組，轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子均有多個(gè)小齒以提高步距精度。其特點(diǎn)是輸出力矩大、動(dòng)態(tài)性能好、步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對(duì)較高。

步進(jìn)電機(jī)按定子上繞組來(lái)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(jìn)電機(jī)，約占97%以上的市場(chǎng)份額，其原因是性?xún)r(jià)比高，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后效果良好。該種電機(jī)的基本步距角為1.8°/步，配上半步驅(qū)動(dòng)器后，步距角減少為0.9°，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后其步距角可細(xì)分達(dá)256倍（0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，實(shí)際控制精度略低。同一步進(jìn)電機(jī)可配不同細(xì)分的驅(qū)動(dòng)器以改變精度和效果。