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時間：2019-12-12 12:00

步進電機基礎知識講解 1.步進電機的簡介

步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。您可以 通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您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。

2.步進電機的發(fā)展史 發(fā)展歷程 國家 大事件
原理的提出  

  法國人佛羅曼提出了將電磁鐵的吸引力轉化為旋轉力矩的方法。當時，激磁相的切換用機械式凸輪的接觸點來完成，這就是步進電機的原型。  
實際應用  

  1920年步進電機的實際應用才開始，稱為VR（Variable Relutance，變磁阻）型步進電機，被英國海軍用作定位控制和遠程遙控。  
混合式步進電機的誕生  

  大約在1952年，由美國GE公司的Karl Feiertag開發(fā)的發(fā)電機演變而來。與現(xiàn)在的兩相HB型步進電機結構相同，取得了US專利。  

3.步進電機的特點

步進電機相對普通電機來說，他可以實現(xiàn)開環(huán)控制，即通過驅動器信號輸入端輸入的脈沖數量和頻率實現(xiàn)步進電機的角度和速度控制，無需反饋信號。但是步進電機不適合使用在長時間同方向運轉的情況，容易燒壞產品，即使用時通常都是短距離頻繁動作較佳。

相對伺服電機來說，伺服電機內部通過安裝旋轉編碼器實現(xiàn)了反饋控制，伺服電機可以達到的轉矩要高于步進電機，但是價格相對也高，所以在轉矩能滿足的情況下，推薦用步進電機。步進電機配合驅動器使用，很多驅動器都支持細分功能，即實現(xiàn)很小的步進角，控制更精確。

4.步進電機的主要分類

步進電機在構造上有三種主要類型：反應式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS）。

名稱 樣式 簡介
反應式步進電機  

  定子上有繞組、轉子由軟磁材料組成。結構簡單、成本低、步距角小，可達1.2°、但動態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證。  
永磁式步進電機  

  永磁式步進電機的轉子用永磁材料制成，轉子的極數與定子的極數相同。其特點是動態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機精度差，步矩角大（一般為7.5°或15°）。  
混合式步進電機  

  混合式步進電機綜合了反應式和永磁式的優(yōu)點，其定子上有多相繞組、轉子上采用永磁材料，轉子和定子上均有多個小齒以提高步矩精度。其特點是輸出力矩大、動態(tài)性能好，步距角小，但結構復雜、成本相對較高。  

按定子上繞組來分，共有二相、三相和五相等系列。最受歡迎的是兩相混合式步進電機，約占97%以上的市場份額，其原因是性價比高，配上細分驅動器后效果良好。該種電機的基本步距角為1.8°/步，配上半步驅動器后，步距角減少為0.9°，配上細分驅動器后其步距角可細分達256倍（0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，實際控制精度略低。同一步進電機可配不同細分的驅動器以改變精度和效果。

5.步進電機的主要結構

定子、轉子是用硅鋼片或其他軟磁材料制成的。定子的每對極上都繞有一對繞組，構成一相繞組，共三相稱為A、B、C三相。

在定子磁極和轉子上都開有齒分度相同的小齒，采用適當的齒數配合，當A相磁極的小齒與轉子小齒一一對應時，B相磁極的小齒與轉子小齒相互錯開1/3齒距，C相則錯開2/3齒距。

A相繞組與齒1、5一一對應，而此時B相繞組與齒2錯開1/3齒距，而與齒3錯開2/3齒距，C相繞組與齒3錯開2/3齒距，而與齒4錯開1/3齒距。

電機的位置和速度由繞組通電次數（脈沖數）和頻率成一一對應關系。而方向由繞組通電的順序決定。

6.步進電機的選型 #p#分頁標題#e#

電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。

步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）

進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：
P= Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM/60

7.步進電機與伺服電機的區(qū)別

步進電機

伺服電機

·控制精度不同

步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）

·低頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。

·矩頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其最高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。

·過載能力不同

步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。

·運行性能不同

步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉的現(xiàn)象。交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。

·速度響應性能不同

步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能更好，可用于要求快速啟停的控制場合。

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