一、概述

步進電機是一種數(shù)字控制電動機，其接受控制脈沖信號并相應的轉(zhuǎn)動一定的角度。實際運用中步進 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，步進電機就能產(chǎn)生所需的步進運動。

因為其開環(huán)控制具有較高的分辨率，步進電機作為經(jīng)濟型數(shù)控機床的核心，在數(shù)控機械中得到了廣 泛的應用。經(jīng)過長期的發(fā)展，步進電機在數(shù)字控制的許多領域都得到了相關(guān)的應用，其作為控制用電機 或驅(qū)動用電機在辦公自動化設備、計算機外設和工業(yè)機械等領域有較多的應用實例。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，進一步促進了步進電機的發(fā)展。

二、步進電機分類

步進電機一般可分為以下三類：

1、反應式步進電機。反應式步進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。電磁力是反應式步進電機產(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率（或者最小磁阻）的位置，并處于平衡狀態(tài)。

2、永磁式步進電機。永磁式步進電機轉(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、混合式步進電機?；旌鲜讲竭M電機定子的結(jié)構(gòu)與反應式步進電機相同，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)生相應的作用力， 推動轉(zhuǎn)子按要求旋轉(zhuǎn)。因為混合式步進電機轉(zhuǎn)子的永磁磁場也產(chǎn)生一部分的轉(zhuǎn)矩，所以比反應式步進電 機僅由定子磁場產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要大。

步進電機有如下的特點：

（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?shù)尿?qū)動電源才能運行； 帶負載慣量的能力不強；在應用中可能出現(xiàn)低頻振蕩和失步的現(xiàn)象。

三、步進電機應用中的問題

步進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確及時的對失 步進行檢測補償?shù)膯栴}，導致系統(tǒng)的精度降低。步進電機閉環(huán)控制能從根本上解決失步的問題，提高步 進電機的工作性能，不僅可以實現(xiàn)步進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)展為步進電機閉環(huán)控制性能的提高提供了基礎，步進電機 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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