步进电机

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速，停止的位置只取决于控制脉冲信号的频率和脉冲数。 脉冲数越多，电机转动的角度越大。 脉冲的频率越高，电机转速越快，但不能超过最高频率，否则电机的力矩迅速减小，电机不转。

步进电机
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中文名称：步进电机

外文名称：stepping motor

别称：脉冲电机、步进器

属性：特种电机

工作原理：电磁感应原理

目录

简介

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步进电机(stepping motor),步进电机(step motor)，或者是脉冲电机(pulse motor)，其它的如(stepper motor)等……有着各式各样的称呼方式，这些用日本话来表示的时候，就成为阶动电动机，还有，阶动就是一步一步阶段动作的意思，这各用另外一种语言来表示时，就是成为步进驱动的意思，总之，就是输入一个脉冲就会有一定的转角，分配转轴变位的电动机。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制组件。 在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号， 电机则转过一个步距角。 这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

正常情况下，步进 电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比;连续输入一定频率的脉冲时，电机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。在非超载的情况下， 电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。其将电脉冲信号转变为角位移或线位移，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。

步进电机控制系统由步进电机控制器、步进电机驱动器、步进电机三部分组成，步进电机控制器是指挥中心，它发出信号脉冲给步进电机驱动器，而步进电机驱动器把接收到信号脉冲脉冲转化为电脉冲,驱动步进电机转动，控制器每发出一个信号脉冲，步进电机就旋转一个角度,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。控制器可以通过控制脉冲数量来控制步进电机的旋转角度，从而准确定位。通过控制脉冲频率精确控制步进电机的旋转速度。

基本结构

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反应式步进电机与普通电机一样，分为定子和转子两部分，其中定子又分为定子铁心和定子绕组。

定子铁心由电工钢片叠压而成。

定子绕组是绕置在定子铁心6个均匀分布的齿上的线圈，在直径方向上相对的两个齿上的线圈串联在一起，构成一相控制绕组。步进电机可构成三相控制绕组，故也称三相步进电机。若任一相绕组通电，便形成一组定子磁极。在定子的每个磁极上，即定子铁心上的每个齿上又开了5个小齿，齿槽等宽，齿间夹角为9°，转子上没有绕组，只有均匀分布的40个小齿，齿槽也是等宽的，齿间夹角也是9°，与磁极上的小齿一致。此外，三相定子磁极上的小齿在空间位置上依次错开1/3齿距。当A相磁极上的小齿与转子上的小齿对齐时，B相磁极上的齿刚好超前(或滞后)转子齿1/3齿距角，C相磁极齿超前(或滞后)转子齿2/3齿距角。

步进电机的定子和转子在轴向分为五段，每一段都形成独立的一相定子铁心、定子绕组和转子。各段定子铁心形如内齿轮，由硅钢片叠成。转子形如外齿轮，也由硅钢片制成。各段定子上的齿在圆周方向均匀分布，彼此之间错开1/5齿距，其转子齿彼此不错位。当设置在定子铁心环形槽内的定子绕组通电时，形成一相环形绕组。除上面介绍的两种形式的反应式步进电机之外，常见的步进电机还有永磁式步进电机和永磁反应式步进电机，它们的结构虽不相同，但工作原理相同。

工作原理

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通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。

每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

分类

按力矩产生的原理分

反应式和激磁式(目前我国使用的大都是反应式)

1、反应式：转子无绕组，由被激磁的定子产生反应力矩实现步进运行。

2、激磁式：定，转子均有激磁绕组(或转子用永久磁钢)，由电磁力矩实现步进。

按输出力矩大小分

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分为伺服式和功率式。

1、伺服式：输出力矩在百分之几至十分之几(N*M)只能驱动较小的负载，要与液压所知放大器配用，才能驱动机床工作台等圈套的负载。

2、功率式：输出力矩在5-50N*M以上，可以直接驱动机床工作台等圈套的负载。

按定子数分

分为单定子式、双定子式、三定子式、多定子式。

按各相绕组分布分

分为径向分布式，轴向分布式。

1、径向分布式：电机各相按圆周依次排列。

2、轴向分布式：电机各相按轴向依次排列。

特点

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步进电机结构简单、使用方便、没有积累误差、只需要脉冲信号就能进行工作，因此既可以使用PLC进行控制，也可以使用单片机等能产生脉冲信号的装置进行控制，在工业自动化控制中使用非常广泛。

不过其噪音和震动较大，并且可能会出现失步的情况，因此只适合于精度要求不高的场合。

另外步进电机的位置和速度信号不能反馈给控制系统，一般只能用于开环控制。如果要构成闭环控制系统，需要在运动轴上增加编码器等信号反馈装置。

应用

1、步进电机主要用于一些有定位要求的场合，例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位），包装机（定长度），基本上涉及到定位的场合都用得到。

2、广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域，特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场合。

3、步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，这类步进电机的特点是保持转矩不高，频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控制性能好、整机成本低。

相关视频

1、步进电机如何使用

2、步进电机接线原理