步進電動機概念及其工作原理1．步進電機概述步進電機是一種能夠將電脈沖信號轉換成角位移或線位移的機電元件，它實際上是一種單相或多相同步電動機。單相步進電動機有單路電脈沖驅動，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅動。多相步進電動機有多相方波脈沖驅動，用途很廣。使用多相步進電動機時，單路電脈沖信號可先通過脈沖分配器轉換為多相脈沖信號，在經功率放大后分別送入步進電動機各相繞組。每輸入一個脈沖到脈沖分配器，電動機各相的通電狀態就發生變化，轉子會轉過一定的角度（稱為步距角）。正常情況下，步進電機轉過的總角度和輸入的脈沖數成正比；連續輸入一定頻率的脈沖時，電動機的轉速與輸入脈沖的頻率保持嚴格的對應關系，不受電壓波動和負載變化的影響。由于步進電動機能直接接收數字量的輸入，所以特別適合于微機控制。1.1步進電機的特性步進電機轉動使用的是脈沖信號，而脈沖是數字信號，這恰是計算機所擅長處理的數據類型。從20世紀80年代開始開發出了專用的IC驅動電路，今天，在打印機、磁盤器等的OA裝置的位置控制中，步進電機都是不可缺少的組成部分之一。總體上說，步進電機有如下優點：1．不需要反饋，控制簡單。2．與微機的連接、速度控制（啟動、停止和反轉）及驅動電路的設計比較簡單。3．沒有角累積誤差。4．停止時也可保持轉距。5．沒有轉向器等機械部分，不需要保養，故造價較低。6．即使沒有傳感器，也能精確定位。7．根椐給定的脈沖周期，能夠以任意速度轉動。但是，這種電機也有自身的缺點。8．難以獲得較大的轉矩9、不宜用作高速轉動10．在體積重量方面沒有優勢，能源利用率低。11．超過負載時會破壞同步，速工作時會發出振動和噪聲。1.2步進電機的種類目前常用的步進電機有三類：1、 反應式步進電動機（VR）。采用高導磁材料構成齒狀轉子和定子，其結構簡單，生產成本低，步距角可以做的相當小，但動態性能相對較差。2、 永磁式步進電動機（PM）。轉子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵，在其外側配置齒狀定子。用轉子和定子之間的吸引和排斥力產生轉動，轉動步的角度一般是7.50。它的出力大，動態性能好；但步距角一般比較大。3、 混合步進電動機（HB）。這是PM和VR的復合產品，其轉子采用齒狀的稀土永磁材料，定子則為齒狀的突起結構。此類電機綜合了反應式和永磁式兩者的優點，步距角小，出力大，動態性能好，是性能較好的一類步進電動機，在計算機相關的設備中多用此類電機。2、步進電機的工作原理現以反應式三相步進電機為例說明其工作原理。三相步進電機的定子鐵心上有六個形狀相同的大齒，相鄰兩個大齒之間的夾角為60度。每個大齒上都套有一個線圈，徑向相對的兩個線圈串聯起來成為一相繞組。各個大齒的內表面上又有若干個均勻分布的小齒。轉子是一個圓柱形鐵心，外表面上圓周方向均勻的布滿了小齒。轉子小齒的齒距是和定子相同的。設計時應使轉子齒數能被二整除。但某一相繞組通電，而轉子可自由旋轉時，該相兩個大齒下的各個小齒將吸引相近的轉子小齒，使電動機轉動到轉子小齒與該相定子小齒對齊的位置，而其它兩相的各個大齒下的小齒必定和轉子的小齒分別錯開正負1/3的齒距，形成“齒錯位”，從而形成電磁引力使電動機連續的轉動下去。和反應式步進電動機不同，永磁式步進電動機的繞組電流要求正，反向流動，故驅動電路一般要做成雙極性驅動。混合式步進電動機的繞組電流也要求正，反向流動，故驅動電路通常也要做成雙極性。步進電動機是一種將脈沖信號變換成相應的角位移（或線位移）的電磁裝置，是一種特殊的電動機。一般電動機都是連續轉動的，而步進電動機則有定位和運轉兩種基本狀態，當有脈沖輸入肘步進電動機一步一步地轉動，每給它一個脈沖信號，它就轉過一定的角度。步進電動機的角位移量和輸入脈沖的個數嚴格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數量、頻率及電動機繞組通電的相序，便可獲得所需的轉角、轉速及轉動方向。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉子保持原有位置處于定位狀態。步進電動機按其輸出轉矩的大小來分，可以分為快速步進電動機和功率步進電動機。快速步進電動機連續工作頻率高而輸出轉矩較小，一般在“?cm級，可以作為控制小型精密機床的工作臺（例線切割機床）也可以和液壓轉矩放大器組成電液脈沖馬達去驅動數控機床的工作臺，而功率步進電動機的輸出轉矩就比較大是N?m級的，可以直接去驅動機床的移動部件。 步進電動機按其勵磁相數，可以分為三相、四相、五相、六相甚至八相。一般來說隨著相數的增加，在相同頻率的情況下，每相導通電流的時間增加，各相平均電流會高些，從而使電動機的轉速—轉矩特性會好些，步距角亦小。但是隨著相數的增加，電動機的尺寸就增加，結構亦復雜，目前多用3?6相的步進電動機。 由于步進電動機的轉速隨著輸入脈沖頻率變化而變化，調速范圍很廣，靈敏度高，輸出轉角能夠控制，而且輸出精度較高，又能實現同步控制，所以廣泛地使用在開環系統中，也還可用在一般通用機床上，提高進給機構的自動化水平。步進電動機按其工作原理來分，主要有磁電式和反應式兩大類，這里只介紹常用的反應式步進電動機的工作原理，現用下圖的步進電動機的簡化圖來加以說明。在電動機定子上有A、B、C三對磁極，磁極上繞有線圈，分別稱之為A相、B相和C相，而轉子則是一個帶齒的鐵心，這種步進電動機稱之為三相步進電動機。如果在線圈中通以直流電，就會產生磁場，當A、B、C三個磁極的線圈依次輪流通電，則A、B、C三對磁極就依次輪流產生磁場吸引轉子轉動。 首先有一相線圈（設為A相）通電，則轉子1、3兩齒被磁極A吸住，轉子就停留在圖5—5a的位置上。然后，A相斷電，6相通電，則磁極A的磁場消失磁極B產生了磁場，磁極召的磁場把離它最近的2、4兩齒吸引過去，停止在圖b的位置上，這時轉子逆時針轉了30°。再接下去B相斷電，C相通電。根據同樣道理，轉子又逆時針轉了30°，停止在圖c的位置上。若再A相通電，C相斷開，那么轉子再逆轉30°，使磁極A的磁場把2、4兩個齒吸住。定子各相輪流通電一次轉子轉過一個齒。這樣按A-B-C-A-B-C-A-^次序輪流通電，步進電動機就一步一步地按逆時針方向旋轉。通電線圈每轉換一次，步進電動機旋轉30°，我們把步進電動機每步轉過的角度稱之為步距角。如果把步進電動機通電線圈轉換的次序倒過來換成A-C-B-A-C-B-…的順序，則步進電動機將按順時針方向旋轉，所以要改變步進電動機的旋轉方向可以在任何一相通電時進行。運行性能不同步進電機的控