步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識。

步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。

步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。通俗一點(diǎn)講：當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū) 動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度（即步進(jìn)角）。您可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)您可以通過控制脈沖頻率來 控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

一、步進(jìn)電機(jī)的主要特點(diǎn)：

1、一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。

2、步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。

步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至 于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以 上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常?！　?/span>

3、步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。

步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。

4、步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。

步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能夠 正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖 頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。

5、步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動才可以運(yùn)轉(zhuǎn)， 驅(qū)動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時(shí)候， 步進(jìn)電機(jī)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。

6、三相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為7.5 度，一圈360度， 需要48個(gè)脈沖完成。

7、 步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。

8、改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動的方向。因此，目前打印機(jī)，繪圖儀，機(jī)器人，等等設(shè)備都以步進(jìn)電機(jī)為動力核心。

二、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的特點(diǎn)

1、構(gòu)成步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器系統(tǒng)的專用集成電路：

1.1、脈沖分配器集成電路：如三洋公司的PMM8713、PMM8723、PMM8714等。

1.2、包含脈沖分配器和電流斬波的控制器集成電路：如SGS公司的L297、L6506等。

1.3、只含功率驅(qū)動（或包含電流控制、保護(hù)電路）的驅(qū)動器集成電路：如日本新電元工業(yè)公司的MTD1110（四相斬波驅(qū)動）和MTD2001（兩相、H橋、斬波驅(qū)動）。

1.4、將脈沖分配器、功率驅(qū)動、電流控制和保護(hù)電路都包括在內(nèi)的驅(qū)動控制器集成電路，如東芝公司的TB6560AHQ、MOTOROLA公司的SAA1042（四相）和ALLEGRO公司的UCN5804（四相）等。

2、“細(xì)分驅(qū)動”概述：將“電機(jī)固有步距角”細(xì)分成若干小步的驅(qū)動方法，稱為細(xì)分驅(qū)動，細(xì)分是通過驅(qū)動器精確控制步進(jìn)電機(jī)的相電流實(shí)現(xiàn)的，與電機(jī)本 身無關(guān)。其原理是，讓定子通電相電流并不一次升到位，而斷電相電流并不一次降為0（繞組電流波形不再是近似方波，而是N級近似階梯波），則定子繞組電流所 產(chǎn)生的磁場合力，會使轉(zhuǎn)子有N個(gè)新的平衡位置（形成N個(gè)步距角）。

3、步進(jìn)電機(jī)分類

步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM） 、反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大，在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)，分為兩相和五相，兩相步進(jìn)角一 般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度，這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。

4、步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)

4.1、優(yōu)點(diǎn)：電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)；電機(jī)停轉(zhuǎn)的時(shí)候具有最大的轉(zhuǎn)矩（當(dāng)繞組激磁時(shí)）；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(yùn)動的重復(fù)性；優(yōu)秀的起停和反轉(zhuǎn)響應(yīng)；由于沒有電刷，可靠性較高，因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命；電機(jī)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(jī)的結(jié)構(gòu)可以比較簡單而且控制成本；僅僅將負(fù)載直接連接到電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)。由于速度正比于脈沖頻率，因而有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。

4.2、缺點(diǎn)：如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振；難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速； 難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩；在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低；超過負(fù)載時(shí)會破壞同步，高速工作時(shí)會發(fā)出振動和噪聲。

5、步進(jìn)電機(jī)基本術(shù)語

保持轉(zhuǎn)矩（ＨＯＬＤＩＮＧ　ＴＯＲＱＵＥ）是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。保持轉(zhuǎn)矩越大則電機(jī)帶負(fù)載能力越強(qiáng)。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請參考有關(guān)文獻(xiàn)），其主要目的是減弱或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振動，提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個(gè)附帶功能。比如對于步進(jìn)角為1.8度的兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，如果細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù)設(shè)置為４，那么電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)分辨率為每個(gè)脈沖0.45度，電機(jī)的精度能否達(dá)到或接近0.45度，還取決于細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細(xì)分驅(qū)動器精度可能差別很大；細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制。

運(yùn)行矩頻特性是電機(jī)在某種測試條件下測得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線 。

實(shí)用公式：轉(zhuǎn)速(r/s）=脈沖頻率 /（電機(jī)每轉(zhuǎn)整步數(shù)*細(xì)分?jǐn)?shù)）

V：電機(jī)轉(zhuǎn)速（R/S）；P：脈沖頻率（Hz）；θe：電機(jī)固有步距角；m：細(xì)分?jǐn)?shù)（整步為1，半步為2）。

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