步進(jìn)電機(jī)的基本原理

huangzhiyong

步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中,。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用,。
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)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)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(yùn)行的,。可以通過控制脈沖個數(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,。
現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）,、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等,。
        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,；
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,，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,。
    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,，也是本次細(xì)分驅(qū)動方案所選用的步進(jìn)電機(jī)。
  步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù)：
     電機(jī)固有步距角：  
    它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號,，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度,。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時(shí)為0.9°,、整步工作時(shí)為1.8°）,，這個步距角可以稱之為‘電機(jī)固有步距角’，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角,，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān),。
    步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)：
    是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相,、三相,、四相、五相步進(jìn)電機(jī),。電機(jī)相數(shù)不同,，其步距角也不同，一般二相電機(jī)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(xì)分驅(qū)動器時(shí),，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求,。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義,，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù),，就可以改變步距角。
保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING  TORQUE）：
     是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時(shí),，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩,。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩,。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減,，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如,，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī),，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。
DETENT  TORQUE：
是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下,，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩,。DETENT  TORQUE  在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解,；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料,，所以它沒有DETENT TORQUE。
  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。
   步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會使電機(jī)的磁性材料退磁,，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步,，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講,，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上,，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常,。
3．步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降,。
           當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將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(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小,，從而導(dǎo)致力矩下降。
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,并伴有嘯叫聲,。
       步進(jìn)電機(jī)有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率,，即步進(jìn)電機(jī)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(jī)不能正常啟動,，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下,，啟動頻率應(yīng)更低,。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程,，即啟動頻率較低,，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）,。
       步進(jìn)電動機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途,。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高,，步進(jìn)電機(jī)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。

折騰折騰

謝謝樓主,，學(xué)習(xí)了,。那伺服電機(jī)呢？

cslgff

謝謝樓主,，學(xué)習(xí)了,。!!!!!!

lmczzuli

呵呵 學(xué)習(xí)了呢 不錯的資料啊

wuwu023

支持了,，頂一下,，祝好。,。,。

sdlw2008

學(xué)習(xí)了 謝謝 步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動器 是不是都是現(xiàn)成的

asdf_409

無私的資料奉獻(xiàn)，多多感謝樓主

重鋼張祥

深奧 確實(shí)是好東西啊,學(xué)習(xí)

wsq925147

樓主總結(jié)的很全面,，謝謝摟著啦

ERR1233

現(xiàn)在伺服電機(jī)用的比較廣泛啦,！  步進(jìn)落后了！