【科普知识】什么是步进电机？

德国百格拉公司于1973年发明了五相混合式步进电机及其驱动器，1993年又推出了性能更加优越的三相混合式步进电机。我国在80年代以前，一直是反应式步进电机占统治地位，混合式步进电机是80年代后期才开始发展。

步进电机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转为相应的角位移（或线位移）的一种控制电机。步进电机又称为脉冲电机。

1.步进电动机的工作原理：

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。

2.步进电动机的机座号：

主要有28、35、39、42、57、86、110等。

3.步进电动机构造

电动机构造图

由转子（转子铁芯、永磁体、转轴、滚珠轴承），定子（绕组、定子铁芯），前后端盖等组成。转子1和转子2的小齿于构造上互相错开1/2螺距，因此其机械上就可以实现普通步进电机半步的分辨率。

最典型两相混合式步进电机的定子有8个大齿，40个小齿，转子有50个小齿；三相电机的定子有9个大齿，45个小齿，转子有50个小齿。

4.步进电动机主要参数：

(1)步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有两相、三相、五相步进电机。

(2)拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，用m表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。

(3)保持转矩：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。

(4)步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。

(5)定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩。

(6)失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。

(7)失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。

(8)运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线 。

5.步进电机的特点：

(1)一般步进电机的精度为步距角的3-5%，且不累积。

(2)步进电机外表允许的最高温度取决于不同电机磁性材料的退磁点。

(3)步进电机的力矩会随转速的升高而下降（U=E+L(di/dt)+I*R）。

矩频特性曲线

(4)空载启动频率：

即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。

步进电机的起步速度一般在10~100RPM，伺服电机的起步速度一般在100~300RPM。根据电机大小和负载情况而定，大电机一般对应较低的起步速度。

(5)低频振动特性：

1 步距响应图

步进电动机低频运转的情况会出现低频振动现象，低频振动是步进电机在工作中一个不可避免的问题，但采取适当的措施可以有效减少其不良影响，保证电机的正常运行和长期稳定性。

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