步進電機

步進電機是將電脈衝信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速，停止的位置只取決於控制脈衝信號的頻率和脈衝數。 脈衝數越多，電機轉動的角度越大。 脈衝的頻率越高，電機轉速越快，但不能超過最高頻率，否則電機的力矩迅速減小，電機不轉。

步進電機
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中文名稱：步進電機

外文名稱：stepping motor

別稱：脈衝電機、步進器

屬性：特種電機

工作原理：電磁感應原理

目錄

簡介

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步進電機(stepping motor),步進電機(step motor)，或者是脈衝電機(pulse motor)，其它的如(stepper motor)等……有着各式各樣的稱呼方式，這些用日本話來表示的時候，就成為階動電動機，還有，階動就是一步一步階段動作的意思，這各用另外一種語言來表示時，就是成為步進驅動的意思，總之，就是輸入一個脈衝就會有一定的轉角，分配轉軸變位的電動機。

步進電機是將電脈衝信號轉變為角位移或線位移的開環控制組件。 在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決於脈衝信號的頻率和脈衝數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈衝信號， 電機則轉過一個步距角。 這一線性關係的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。

正常情況下，步進 電機轉過的總角度和輸入的脈衝數成正比;連續輸入一定頻率的脈衝時，電機的轉速與輸入脈衝的頻率保持嚴格的對應關係，不受電壓波動和負載變化的影響。在非超載的情況下， 電機的轉速、停止的位置只取決於脈衝信號的頻率和脈衝數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈衝信號，電機則轉過一個步距角。

步進電機是一種將電脈衝轉化為角位移的執行機構。其將電脈衝信號轉變為角位移或線位移，是現代數字程序控制系統中的主要執行元件，應用極為廣泛。

步進電機控制系統由步進電機控制器、步進電機驅動器、步進電機三部分組成，步進電機控制器是指揮中心，它發出信號脈衝給步進電機驅動器，而步進電機驅動器把接收到信號脈衝脈衝轉化為電脈衝,驅動步進電機轉動，控制器每發出一個信號脈衝，步進電機就旋轉一個角度,它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。控制器可以通過控制脈衝數量來控制步進電機的旋轉角度，從而準確定位。通過控制脈衝頻率精確控制步進電機的旋轉速度。

基本結構

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反應式步進電機與普通電機一樣，分為定子和轉子兩部分，其中定子又分為定子鐵心和定子繞組。

定子鐵心由電工鋼片疊壓而成。

定子繞組是繞置在定子鐵心6個均勻分布的齒上的線圈，在直徑方向上相對的兩個齒上的線圈串聯在一起，構成一相控制繞組。步進電機可構成三相控制繞組，故也稱三相步進電機。若任一相繞組通電，便形成一組定子磁極。在定子的每個磁極上，即定子鐵心上的每個齒上又開了5個小齒，齒槽等寬，齒間夾角為9°，轉子上沒有繞組，只有均勻分布的40個小齒，齒槽也是等寬的，齒間夾角也是9°，與磁極上的小齒一致。此外，三相定子磁極上的小齒在空間位置上依次錯開1/3齒距。當A相磁極上的小齒與轉子上的小齒對齊時，B相磁極上的齒剛好超前(或滯後)轉子齒1/3齒距角，C相磁極齒超前(或滯後)轉子齒2/3齒距角。

步進電機的定子和轉子在軸向分為五段，每一段都形成獨立的一相定子鐵心、定子繞組和轉子。各段定子鐵心形如內齒輪，由硅鋼片疊成。轉子形如外齒輪，也由硅鋼片製成。各段定子上的齒在圓周方向均勻分布，彼此之間錯開1/5齒距，其轉子齒彼此不錯位。當設置在定子鐵心環形槽內的定子繞組通電時，形成一相環形繞組。除上面介紹的兩種形式的反應式步進電機之外，常見的步進電機還有永磁式步進電機和永磁反應式步進電機，它們的結構雖不相同，但工作原理相同。

工作原理

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通常電機的轉子為永磁體，當電流流過定子繞組時，定子繞組產生一矢量磁場。該磁場會帶動轉子旋轉一角度，使得轉子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個角度。轉子也隨着該磁場轉一個角度。

每輸入一個電脈衝，電動機轉動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈衝數成正比、轉速與脈衝頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會反轉。所以可用控制脈衝數量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉動。

分類

按力矩產生的原理分

反應式和激磁式(目前我國使用的大都是反應式)

1、反應式：轉子無繞組，由被激磁的定子產生反應力矩實現步進運行。

2、激磁式：定，轉子均有激磁繞組(或轉子用永久磁鋼)，由電磁力矩實現步進。

按輸出力矩大小分

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分為伺服式和功率式。

1、伺服式：輸出力矩在百分之幾至十分之幾(N*M)只能驅動較小的負載，要與液壓所知放大器配用，才能驅動機床工作檯等圈套的負載。

2、功率式：輸出力矩在5-50N*M以上，可以直接驅動機床工作檯等圈套的負載。

按定子數分

分為單定子式、雙定子式、三定子式、多定子式。

按各相繞組分布分

分為徑向分布式，軸向分布式。

1、徑向分布式：電機各相按圓周依次排列。

2、軸向分布式：電機各相按軸向依次排列。

特點

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步進電機結構簡單、使用方便、沒有積累誤差、只需要脈衝信號就能進行工作，因此既可以使用PLC進行控制，也可以使用單片機等能產生脈衝信號的裝置進行控制，在工業自動化控制中使用非常廣泛。

不過其噪音和震動較大，並且可能會出現失步的情況，因此只適合於精度要求不高的場合。

另外步進電機的位置和速度信號不能反饋給控制系統，一般只能用於開環控制。如果要構成閉環控制系統，需要在運動軸上增加編碼器等信號反饋裝置。

應用

1、步進電機主要用於一些有定位要求的場合，例如：線切割的工作檯拖動，植毛機工作檯（毛孔定位），包裝機（定長度），基本上涉及到定位的場合都用得到。

2、廣泛應用於ATM機、噴繪機、刻字機、寫真機、噴塗設備、醫療儀器及設備、計算機外設及海量存儲設備、精密儀器、工業控制系統、辦公自動化、機器人等領域，特別適合要求運行平穩、低噪音、響應快、使用壽命長、高輸出扭矩的應用場合。

3、步進電機在電腦繡花機等紡織機械設備中有着廣泛的應用，這類步進電機的特點是保持轉矩不高，頻繁啟動反應速度快、運轉噪音低、運行平穩、控制性能好、整機成本低。

相關視頻

1、步進電機如何使用

2、步進電機接線原理