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步進電機的基本原理

步進電機作為執行元件，是機電一體化的關鍵産品之一 , 廣泛應用在各種自動化控制系統中。随着微電子和計算機技術的發展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經濟領域都有應用。

步進電機是一種将電脈沖轉化為角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信号，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度 (稱為"步距角")，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準确定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。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控制。現在比較常用的步進電機包括反應式步進電機（ VR）、永磁式步進電機（PM ）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。

永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為 7.5度 或15度

反應式步進電機一般為三相，可實現大轉矩輸出，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，利用磁導的變化産生轉矩。

混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優點。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，也是本次細分驅動方案所選用的步進電機。

步進電機的一些基本參數：

電機固有步距角：

它表示控制系統每發一個步進脈沖信号，電機所轉動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，如 86BYG250A 型電機給出的值為 0.9°/1.8°（表示半步工作時為 0.9°、整步工作時為1.8°），這個步距角可以稱之為"電機固有步距角" ，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅動器有關。

步進電機的相數：

是指電機内部的線圈組數，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72°。在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅動器，則相數将變得沒有意義，用戶隻需在驅動器上改變細分數，就可以改變步距角。

保持轉矩（ HOLDING TORQUE）：

是指步進電機通電但沒有轉動時， 定子鎖住轉子的力矩。 它是步進電機最重要的參數之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機的輸出力矩随速度的增大而不斷衰減，輸出功率也随速度的增 大而變化，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數之 一。比如，當人們說 2N.m 的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為 2N.m 的步進電機。

DETENT TORQUE：

是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。 DETENT-TORQUE 在國内沒有統一的翻譯方式，容易使大家産生誤解；由于反應式步進電機的轉子是永磁材料，所以它沒有 DETENT TORQUE。

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。 步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導緻力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏 130度以上，有的甚至高達攝氏 200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏 80-90度完全正常。

3．步進電機的力矩會随轉速的升高而下降。 當步進電機轉動時，電機各相繞組的電感将形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機随頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導緻力矩下降。

4．步進電機低速時可以正常運轉，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。步進電機有一個技術參數：空載啟動頻率，即步進電機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，電機不能正常啟動，可能發生丢步或堵轉。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然後按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉速從低速升到高速） 。

步進電動機以其顯著的特點，在數字化制造時代發揮着重大的用途。伴随着不同的數字化技術的發展以及步進電機本身技術的提高，步進電機将會在更多的領域得到應用。