一、概述

步進(jìn)電機(jī)是一種數(shù)字控制電動(dòng)機(jī)，其接受控制脈沖信號(hào)并相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度。實(shí)際運(yùn)用中步進(jìn) 電機(jī)與控制器是不可分割的整體，通過(guò)單片機(jī)、DSP 等微控制器產(chǎn)生的控制脈沖信號(hào)是弱電信號(hào)，需要 經(jīng)過(guò)驅(qū)動(dòng)電路功率放大后才可以作用在電機(jī)的繞組上，使繞組按一定順序通電。只要各相繞組按既定的 順序輪流通電，步進(jìn)電機(jī)就能產(chǎn)生所需的步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。

因?yàn)槠溟_(kāi)環(huán)控制具有較高的分辨率，步進(jìn)電機(jī)作為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床的核心，在數(shù)控機(jī)械中得到了廣 泛的應(yīng)用。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)在數(shù)字控制的許多領(lǐng)域都得到了相關(guān)的應(yīng)用，其作為控制用電機(jī) 或驅(qū)動(dòng)用電機(jī)在辦公自動(dòng)化設(shè)備、計(jì)算機(jī)外設(shè)和工業(yè)機(jī)械等領(lǐng)域有較多的應(yīng)用實(shí)例。近年來(lái)，微電子技 術(shù)、大功率電力電子器件及驅(qū)動(dòng)技術(shù)的迅速發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了步進(jìn)電機(jī)的發(fā)展。

二、步進(jìn)電機(jī)分類

步進(jìn)電機(jī)一般可分為以下三類：

1、反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)定子由硅鋼片疊成，相對(duì)的兩個(gè)磁極纏有纏繞方向不同的同 一繞組，通電時(shí)形成一對(duì) N、S 極，電機(jī)轉(zhuǎn)子中沒(méi)有繞組。電機(jī)轉(zhuǎn)子是由軟磁材料制成的，轉(zhuǎn)子磁極外 表面和定子磁極內(nèi)表面有許多個(gè)大小相同、間距相同的小齒。電磁力是反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力， 在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子會(huì)運(yùn)動(dòng)到最大磁導(dǎo)率（或者最小磁阻）的位置，并處于平衡狀態(tài)。

2、永磁式步進(jìn)電機(jī)。永磁式步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的材料是永磁性的，轉(zhuǎn)子與定子的極數(shù)相同，電機(jī)輸出 轉(zhuǎn)矩大，步距角相對(duì)較大，但工作性能良好。

3、混合式步進(jìn)電機(jī)。混合式步進(jìn)電機(jī)定子的結(jié)構(gòu)與反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)相同，轉(zhuǎn)子在軸向分為兩段， 兩段鐵芯外圍圓周方向都均勻分布著相同數(shù)量、尺寸的小齒，但相互錯(cuò)位半個(gè)齒距。兩段鐵芯中間嵌入 永磁鐵，使得轉(zhuǎn)子一端鐵芯呈 N 極，另一端鐵芯呈 S 極，如圖 1.1 所示。轉(zhuǎn)子的 N、S 極性不變， 通過(guò)控制定子繞組電流實(shí)現(xiàn)定子磁極的 N、S 極性的順序變化，對(duì)轉(zhuǎn)子的 N、S 極產(chǎn)生相應(yīng)的作用力， 推動(dòng)轉(zhuǎn)子按要求旋轉(zhuǎn)。因?yàn)榛旌鲜讲竭M(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的永磁磁場(chǎng)也產(chǎn)生一部分的轉(zhuǎn)矩，所以比反應(yīng)式步進(jìn)電 機(jī)僅由定子磁場(chǎng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩要大。

步進(jìn)電機(jī)有如下的特點(diǎn)：

（1）步距角穩(wěn)定，只與電機(jī)結(jié)構(gòu)等有關(guān)，不受電壓、電流、溫度等各種干擾因素影響； 

（2）步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)角度與控制脈沖的數(shù)目成正比，沒(méi)有累積誤差； 

（3）步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)性能好，啟停、正反轉(zhuǎn)及變速都能在少數(shù)控制脈沖內(nèi)完成； 

（4）步進(jìn)電機(jī)開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，加上檢測(cè)反饋環(huán)節(jié)，可構(gòu)成高性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)； 

（5）步進(jìn)電機(jī)在中低速時(shí)具有較大轉(zhuǎn)矩，能夠比相同級(jí)別的伺服電機(jī)提供更大的扭矩輸出； 

（6）步進(jìn)電機(jī)體積小，在狹窄的空間內(nèi)仍可順利安裝，并提供較高轉(zhuǎn)矩輸出；

 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要缺點(diǎn)是效率低；不能直接使用交流或直流電源，需要適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)電源才能運(yùn)行； 帶負(fù)載慣量的能力不強(qiáng)；在應(yīng)用中可能出現(xiàn)低頻振蕩和失步的現(xiàn)象。

三、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用中的問(wèn)題

步進(jìn)電機(jī)一般運(yùn)用在精度和穩(wěn)定性要求不高的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中，可能存在失步并且無(wú)法準(zhǔn)確及時(shí)的對(duì)失 步進(jìn)行檢測(cè)補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，導(dǎo)致系統(tǒng)的精度降低。步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制能從根本上解決失步的問(wèn)題，提高步 進(jìn)電機(jī)的工作性能，不僅可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)更加精確的位置和穩(wěn)定的轉(zhuǎn)速控制，還可以使步進(jìn)電機(jī)獲得 更大的通用性。電力電子器件和微處理器的發(fā)展為步進(jìn)電機(jī)閉環(huán)控制性能的提高提供了基礎(chǔ)，步進(jìn)電機(jī) 的閉環(huán)控制正逐漸向數(shù)字化、智能化、模塊化方向發(fā)展。

完整版技術(shù)文檔請(qǐng)點(diǎn)擊文章開(kāi)頭普通下載