步進電機因其在速度和位置控製精度上的優(you) 秀性能，在電機行業(ye) 中應用廣泛。對於(yu) 步進電機的架構和驅動方式、工作原理、應用中的注意事項，我們(men) 將進行深度剖析。

步進電機是一種作為(wei) 控製用的特種電機, 它的旋轉是以固定的角度(稱為(wei) "步距角")一步一步運行的, 其特點是沒有積累誤差(精度為(wei) 100%), 所以廣泛應用於(yu) 各種開環控製。步進電機的運行要有一電子裝置進行驅動, 這種裝置就是步進電機驅動器, 它是把控製係統發出的脈衝(chong) 信號轉化為(wei) 步進電機的角位移, 或者說: 控製係統每發一個(ge) 脈衝(chong) 信號, 通過驅動器就使步進電機旋轉一步距角，所以步進電機的轉速與(yu) 脈衝(chong) 信號的頻率成正比。因此控製步進脈衝(chong) 信號的頻率，可以對電機精確調速;控製步進脈衝(chong) 的個(ge) 數，可以對電機精確定位目的。這一線性關(guan) 係的存在，加上步進電機隻有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控製領域用步進電機來控製變的非常的簡單。

一、步進電機的構造(以五相步進電機為(wei) 例)

步進電機的構造如下圖所示，大致分為(wei) 定子和轉子兩(liang) 部分。轉子由轉子1、轉子2和永久磁鋼組成。

 

定子擁有小齒狀的磁極，共有 10個(ge) ，皆繞有線圈。 其線圈的對角位置的磁極相互連接著，電流流通後，線圈即會(hui) 被磁 化成同一極性。(例如某一線圈經由電流的流通後，對角線的磁極將 同化成 S 極或 N 極。) 對角線的 2個(ge) 磁極形成 1個(ge) 相，而由於(yu) 有 A相至 E相等 5個(ge) 相位，因此稱為(wei) 5 相步進電動機。

 

轉子的外圈由 50個(ge) 小齒構成，轉子 1 和轉子 2 的小齒於(yu) 構造上互 相錯開 1/2 螺距。由此轉子形成了100個(ge) 小齒。目前已經有轉子單個(ge) 加工至100齒的高分辨率型，那麽(me) 高分辨率型的轉子就有200個(ge) 小齒。因此其機械上就可以實現普通步進電機半步(普通步進電機半步需要電氣細分達到)的分辨率。

 

二、步進電機工作原理

當電流流過定子繞組時，定子繞組產(chan) 生一矢量磁場。該磁場會(hui) 帶動轉子旋轉一角度，使得轉子的一對磁場方向與(yu) 定子的磁場方向一致。當定子的矢量磁場旋轉一個(ge) 角度。轉子也隨著該磁場轉一個(ge) 角度。每輸入一個(ge) 電脈衝(chong) ，電動機轉動一個(ge) 角度前進一步。它輸出的角位移與(yu) 輸入的脈衝(chong) 數成正比、轉速與(yu) 脈衝(chong) 頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機就會(hui) 反轉。所以可用控製脈衝(chong) 數量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控製步進電機的轉動。

三、步進電機的控製

 

步進電機驅動方式有三種基本的驅動模式：整步、半步、細分。其主要區別在於(yu) 電機線圈電流的控製精度(即激磁方式)。通常步進電機都有低頻振動的特點，通過細分調協可以改善電機低速動運行的平衡性。下麵給大家詳細介紹一下：

1、整步驅動

在整步運行中，同一種步進電機既可配整/半步驅動器也可配細分驅動器，但運行效果不同。步進電機驅動器按脈衝(chong) /方向指令對兩(liang) 相步進電機的兩(liang) 個(ge) 線圈循環激磁(即將線圈充電設定電流)，這種驅動方式的每個(ge) 脈衝(chong) 將使電機移動一個(ge) 基本步距角，即1.80度 (標準兩(liang) 相電機的一圈共有200個(ge) 步距角)。

2、半步驅動

在單相激磁時，電機轉軸停至整步位置上，驅動器收到下一脈衝(chong) 後，如給另一相激磁且保持原來相繼處在激磁狀態，則電機轉軸將移動半個(ge) 步距角，停在相鄰兩(liang) 個(ge) 整步位置的中間。如此循環地對兩(liang) 相線圈進行單相然後雙相激磁步進電機將以每個(ge) 脈衝(chong) 0.90度的半步方式轉動。和整步方式相比，半步方式具有精度高一倍和低速運行時振動較小的優(you) 點，所以實際使用整/半步驅動器時一般選用半步模式。

3、細分驅動

細分驅動模式具有低速振動極小和定位精度高兩(liang) 大優(you) 點。對於(yu) 有時需要低速運行(即電機轉軸有時工作在60rpm以下)或定位精度要求小於(yu) 0.90度的步進應用中，細分驅動器獲得廣泛應用。

其基本原理是對電機的兩(liang) 個(ge) 線圈分別按正弦和餘(yu) 弦形的台階進行精密電流控製，從(cong) 而使得一個(ge) 步距角的距離分成若幹個(ge) 細分步完成。例如十六細分的驅動方式可使每圈200標準步的步進電機達到每圈200*16=3200步的運行精度(即0.1125°)。

四、應用中的注意點

1、步進電機應用於(yu) 低速場合---每分鍾轉速不超過1000轉，(0.9度時6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度)間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。

2、步進電機最好不使用整步狀態，整步狀態時振動大。

3、轉動慣量大的負載應選擇大機座號電機。

4、電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時可以提高停止的定位精度。

5、高精度時，應通過機械減速、提高電機速度,或采用高細分數的驅動器來解決(jue) ，也可以采用5相電機，不過其整個(ge) 係統的價(jia) 格較貴，生產(chan) 廠家少。

五、步進電機測試注意點

根據國標GB/T 20638-2006，對於(yu) 步進電機的測試我們(men) 一般需要關(guan) 注反電動勢常數、保持轉矩、繞組溫升、矩角特性測試、牽出轉矩、最高反轉頻率等測試。

對於(yu) 反電動勢常數的測試，可以采用功率分析儀(yi) 的測試方法直接在儀(yi) 器上得出反電動勢常數。對於(yu) 牽出轉矩的測試，對於(yu) 大基座的步進電機，一般采用磁粉製動器和電機測試平台來進行測試，小基座的步進電機采用彈簧秤和繩子的組合方法來測試。MPT電機測試係統目前針對步進電機的測試可以提供整體(ti) 的測試方案和測試係統，幫助工程師快速完善研發設計的步進電機。