步進(jìn)電機(jī)的工作原理   

    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)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^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)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。

   步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類

    一、反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(VR)

    結(jié)構(gòu)簡單、步距角小，轉(zhuǎn)子開有牙槽，與定子上的牙槽對(duì)應(yīng)。

   反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)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(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

    二、永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(PM)

    轉(zhuǎn)矩大，步距角也大，較節(jié)能。

   永磁式步進(jìn)電機(jī)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；

    三、混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(HB)

   混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：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。

    綜合上面兩種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，輸出轉(zhuǎn)矩大，步距角小，能耗小，運(yùn)行頻率高，是現(xiàn)在市場(chǎng)上的主流步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

    轉(zhuǎn)子軸向最里層是稀土材料制成的永磁體，其外面包圍一圈可磁化的硅鋼片，硅鋼片外圓開有牙槽，轉(zhuǎn)子軸向兩端分別為S極和N極，S極牙槽與N極牙槽錯(cuò)開位置，對(duì)定子產(chǎn)生推力和拉力。定子上也開有牙槽與轉(zhuǎn)子牙槽對(duì)應(yīng)。

步距角=180/（定子繞組相數(shù)*轉(zhuǎn)子齒數(shù)）

    步進(jìn)電機(jī)控制原理（開環(huán)控制）

    PLC或上位機(jī)發(fā)送脈沖頻率、脈沖數(shù)量、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方向信號(hào)給到步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)械部分運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)沒有反饋位置信號(hào)給步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。

    優(yōu)點(diǎn)：步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型范圍廣，設(shè)置簡單，易調(diào)節(jié)，較便宜。

    缺點(diǎn)：丟步，定位不準(zhǔn)。

    步進(jìn)電機(jī)控制原理（閉環(huán)控制）

    隨著技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也有安裝編碼器的，反饋位置信號(hào)到步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，也有的資料叫做步進(jìn)伺服控制系統(tǒng)。同樣PLC或上位機(jī)發(fā)送脈沖頻率、脈沖數(shù)量、電動(dòng)機(jī)運(yùn)行方向信號(hào)給到步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)機(jī)械部分運(yùn)動(dòng)。

    步進(jìn)伺服控制系統(tǒng)解決了步進(jìn)電機(jī)開環(huán)控制時(shí)的丟步問題，提高了定位控制的精度（由編碼器分辨率決定，不會(huì)比伺服電機(jī)的精度高）。

        步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的電路種類:

    步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器是為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)服務(wù)的，作用是使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，分為兩種電路：

    一、單極驅(qū)動(dòng)器電路

步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器所用的電源為直流電源，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器輸出給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)線圈的直流電流為單方向：如A BCD。

    二、雙極驅(qū)動(dòng)器電路

    步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器所用的電源為直流電源，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器輸出給步進(jìn)電動(dòng)機(jī)線圈的直流電流為正反方向交替：如A B-A-B。

     步進(jìn)電機(jī)的靜態(tài)指標(biāo)術(shù)語

   a. 相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極N、S磁場(chǎng)的激磁線圈對(duì)數(shù)。常用m表示。

     b.拍數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過一 個(gè)齒距角所需脈沖數(shù) 。

   c. 步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。

     d. 定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以 及機(jī)械誤差造成的）。

   e. 靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。

     步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)指標(biāo)及術(shù)語

   a. 步距角精度：步進(jìn)電機(jī)每轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。

   b. 失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。

     c. 失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度 。

   d. 最大空載起動(dòng)頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式、電壓及額定電流下，在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動(dòng)的最大頻率。

   e. 最大空載的運(yùn)行頻率：電機(jī)在某種驅(qū)動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機(jī)不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。

   f. 運(yùn)行矩頻特性：電機(jī)在某種測(cè)試條件下測(cè)得運(yùn)行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運(yùn)行矩頻特性 。

    步進(jìn)電機(jī)選型

   1. 步距角的選擇：電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求 。

     2. 靜力矩的選擇：靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載 ，一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好 。

   3. 電流的選擇：由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流。

    步進(jìn)電機(jī)的一些特點(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一般在攝氏130度以上 。

    3. 步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。

    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(dòng),并伴有嘯叫聲。

    5. 步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)。

   步進(jìn)電機(jī)與控制器接線方法如下圖：