步进电机是什么意思 步进电机的种类和特点

一、步进电机是什么意思

步进电机是一种无刷机电设备，它将施加在其励磁绕组上的电脉冲序列转换为精确定义的逐步机械轴旋转。对于每个离散脉冲，电机的轴旋转一个固定的角度。这种旋转可以是线性的或角度的。对于单个脉冲输入，它会移动一步。当施加一系列脉冲时，它会转动一定角度。每个脉冲步进电机轴转过的角度称为步距角，通常以度数表示。

输入给电机的脉冲数决定步距角，因此电机轴的位置通过控制脉冲数来控制。这种独特的特性使步进电机非常适合开环控制系统，其中轴的精确位置通过精确的脉冲数保持，而无需使用反馈传感器。

步距角越小，每转的步数越大，获得的位置精度越高。步距角大到90度，小到0.72度，常用的步距角有1.8度、2.5度、7.5度和15度。

轴的旋转方向取决于施加到定子上的脉冲序列。轴的速度或平均电机速度与施加在励磁绕组上的输入脉冲的频率（输入脉冲的速率）成正比。因此，如果频率较低，步进电机会逐步旋转，而对于高频，由于惯性，它会像直流电机一样连续旋转。

像所有电动机一样，步进电机具有定子和转子。转子是没有绕组、电刷和换向器的可动部件。通常转子是可变磁阻或永磁体。定子通常由多极和多相绕组构成，通常由三相或四相绕组组成，所需的极数由每个输入脉冲的所需角位移决定。

与其他电机不同的是，步进电机使用经过编程的离散控制脉冲运行，这些脉冲通过电子驱动器施加到定子绕组上。由于顺序通电的定子绕组的磁极和转子磁极之间的磁相互作用而发生旋转。

当今市场上有多种类型的步进电机，它们的尺寸、步数、结构、接线、传动装置和其他电气特性各不相同。由于这些电机能够以离散方式运行，因此步进电机非常适合于计算机等数字控制设备连接。

由于对速度、旋转、方向和角度位置的精确控制，这些在工业过程控制系统、CNC机器、机器人、制造自动化系统和仪器仪表中特别受关注。

二、步进电机的特点

步进电机的优点和缺点都非常的突出，优点集中于控制简单、精度高，缺点是噪声、震动和效率，它没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低。步进电机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低、发热大，有时会“失步”。优缺点如下所示。

优点：

1、电机操作易于通过脉冲信号输入到电机进行控制。

2、不需要反馈电路以返回旋转轴的位置和速度信息（开环控制）。

3、由于没有接触电刷而实现了更大的可靠性。

缺点：

1、需要脉冲信号输出电路。

2、当控制不适当的时候，可能会出现同步丢失。

3、由于在旋转轴停止后仍然存在电流而产生热量。

三、步进电机的分类

步进电机在构造上有三种主要类型：反应式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式（Hybrid Stepping,HS）。在我国所采用的步进电机中以反应式步进电机为主。

1、反应式

定子上有绕组，绕组由软磁材料组成。其结构简单、成本低、步距角小，可达1.2度，但动态性能差，效率低、发热大，可靠性难以保证。

2、永磁式

永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机度差，步距角大（一般为7.5度或15度）。

3、混合式

混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有很多相绕组，转子上采用永磁材料，转子和定子均有多个小齿以提高步距精度。其特点是输出力矩大、动态性能好、步距角小，但结构复杂、成本相对较高。

步进电机按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步距角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍（0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。