步進電機的工作原理   

    步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差(精度為100%)的特點，廣泛應用于各種開環(huán)控制。

   步進電動機的種類

    一、反應式步進電動機(VR)

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

   反應式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

    二、永磁式步進電動機(PM)

    轉(zhuǎn)矩大，步距角也大，較節(jié)能。

   永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；

    三、混合式步進電動機(HB)

   混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。

    綜合上面兩種步進電動機的優(yōu)點，輸出轉(zhuǎn)矩大，步距角小，能耗小，運行頻率高，是現(xiàn)在市場上的主流步進電動機。

    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極牙槽錯開位置，對定子產(chǎn)生推力和拉力。定子上也開有牙槽與轉(zhuǎn)子牙槽對應。

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

    步進電機控制原理（開環(huán)控制）

    PLC或上位機發(fā)送脈沖頻率、脈沖數(shù)量、電動機運行方向信號給到步進驅(qū)動器，步進驅(qū)動器驅(qū)動步進電動機運轉(zhuǎn)，步進電動機帶動機械部分運動。步進電動機沒有反饋位置信號給步進驅(qū)動器。

    優(yōu)點：步進驅(qū)動器驅(qū)動的步進電動機的選型范圍廣，設置簡單，易調(diào)節(jié)，較便宜。

    缺點：丟步，定位不準。

    步進電機控制原理（閉環(huán)控制）

    隨著技術(shù)的發(fā)展，步進電動機也有安裝編碼器的，反饋位置信號到步進驅(qū)動器，組成閉環(huán)控制系統(tǒng)，也有的資料叫做步進伺服控制系統(tǒng)。同樣PLC或上位機發(fā)送脈沖頻率、脈沖數(shù)量、電動機運行方向信號給到步進驅(qū)動器，步進驅(qū)動器驅(qū)動步進電動機運轉(zhuǎn)，步進電動機帶動機械部分運動。

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

        步進驅(qū)動器的電路種類:

    步進驅(qū)動器是為步進電動機服務的，作用是使步進電動機產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，分為兩種電路：

    一、單極驅(qū)動器電路

步進驅(qū)動器所用的電源為直流電源，步進驅(qū)動器輸出給步進電動機線圈的直流電流為單方向：如A BCD。

    二、雙極驅(qū)動器電路

    步進驅(qū)動器所用的電源為直流電源，步進驅(qū)動器輸出給步進電動機線圈的直流電流為正反方向交替：如A B-A-B。

     步進電機的靜態(tài)指標術(shù)語

   a. 相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。

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

   c. 步距角：對應一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。

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

   e. 靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。

     步進電機動態(tài)指標及術(shù)語

   a. 步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。

   b. 失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(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. 最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。

   e. 最大空載的運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。

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

    步進電機選型

   1. 步距角的選擇：電機的步距角取決于負載精度的要求 。

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

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

    步進電機的一些特點

    1. 一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。

    2. 步進電機外表允許的最高溫度一般在攝氏130度以上 。

    3. 步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。

    4. 步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于 一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。

    5. 步進電機應用于低速場合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)。

   步進電機與控制器接線方法如下圖：