一、步進(jìn)電機(jī)介紹

步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī),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(dòng)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(jìn)電機(jī)的角位移量與輸入的脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)格成正比,而且在時(shí)間上與脈沖同步，因而只要控制脈沖的數(shù)量、頻率和電機(jī)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(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)，約占97%以上的市場份額，其原因是性價(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。

三、主要構(gòu)造

步進(jìn)電機(jī)是由一組纏繞在電機(jī)固定部件--定子齒槽上的線圈驅(qū)動(dòng)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(jī)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(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時(shí)，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會(huì)帶動(dòng)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(gè)角度，轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個(gè)角度，每輸入一個(gè)電脈沖，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度前進(jìn)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(jī)就會(huì)反轉(zhuǎn)，所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動(dòng)機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

五、發(fā)熱原理

通常見到的各類電機(jī)，內(nèi)部都是有鐵芯和繞組線圈的，繞組有電阻，通電會(huì)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(huì)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(huì)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(huì)以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，從而影響電機(jī)的效率，步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)普遍存在發(fā)熱情況，且比一般交流電機(jī)嚴(yán)重。

六、步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)控制

步進(jìn)電機(jī)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(yùn)行拍數(shù)決定,但轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)是有限的,因此步進(jìn)電機(jī)的步距角一般較大并且是固定的,步進(jìn)的分辨率低、缺乏靈活性、在低頻運(yùn)行時(shí)振動(dòng),噪音比其他微電機(jī)都高,使物理裝置容易疲勞或損壞。 這些缺點(diǎn)使步進(jìn)電機(jī)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(diǎn)嚴(yán)重限制了步進(jìn)電機(jī)作為優(yōu)良的開環(huán)控制組件的有效利用，細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)在一定程度上有效地克服了這些缺點(diǎn)。

七、選擇方法

1.判斷需多大力矩

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

2.判斷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度

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

3.選擇電機(jī)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(dòng)方面的要求情況

判斷是否需細(xì)分，需多少細(xì)分，根據(jù)電機(jī)的電流、細(xì)分和供電電壓選擇驅(qū)動(dòng)器。

八、主要特性

1.步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動(dòng)才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)必須為脈沖信號(hào)，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(hào)，就會(huì)以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和脈沖的頻率成正比。

2.三相步進(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。

3.步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動(dòng)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(dòng)的方向，因此，打印機(jī)、繪圖儀、機(jī)器人等設(shè)備都以步進(jìn)電機(jī)為動(dòng)力核心。

九、步進(jìn)電機(jī)優(yōu)點(diǎn)

1.電機(jī)旋轉(zhuǎn)的角度正比于脈沖數(shù)。

2.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)）。

3.由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會(huì)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(dòng)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(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命。

6.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。

7.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)。

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(jìn)電機(jī)缺陷

1.如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振。

2.難以運(yùn)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(shí)會(huì)破壞同步，高速工作時(shí)會(huì)發(fā)出振動(dòng)和噪聲。

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