关于步进电机，还有哪些你不知道的知识？

步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号， 通过其内部的逻辑电路， 控制步进电机的绕组以一定的时序正向或反向通电， 使得电机正向/反向旋转， 或者锁定。

以1.8度两相步进电机为例：当两相绕组都通电励磁时， 电机输出轴将静止并锁定位置。在额定电流下使电机保持锁定的最大力矩为保持力矩。如果其中一相绕组的电流发生了变向， 则电机将顺着一个既定方向旋转一步( 1.8度)。

同理， 如果是另外一项绕组的电流发生了变向， 则电机将顺着与前者相反的方向旋转一步( 1.8度)。当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时， 则电机会顺着既定的方向实现连续旋转步进， 运行精度非常高。对于1.8度两相步进电机旋转一周需200步。

两相步进电机有两种绕组形式：双极性和单极性。双极性电机每相上只有一个绕组线圈， 电机连续旋转时电流要在同一线圈内依次变向励磁， 驱动电路设计上需要八个电子开关进行顺序切换。

单极性电机每相上有两个极性相反的绕组线圈， 电机连续旋转时只要交替对同一相上的两个绕组线圈进行通电励磁。驱动电路设计上只需要四个电子开关。在双极性驱动模式下， 因为每相的绕组线圈为100%励磁， 所以双极性驱动模式下电机的输出力矩比单极性驱动模式下提高了约40%。

步进电机定义

步进电机是一种可以利用一定角度(基本步距角)的脉冲数和频率数来控制转动(旋转角度、旋转速度)的电机。是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。

步进电机特点

①切换线圈电流后，只按规定的角度动作

②不需要反馈信号

③定位误差不累加

④与数字控制系统的融合性强，容易制作控制电路

步进电机可通过数字信号进行简单控制，除工业用途、计算机周边设备外，还用于传真机、复印机等办公设备。

步进电机的分类

步进电动机分三种：永磁式(PM)、反应式(VR)和混合式(HB);现在常用的是混合式，它又分为两相和五相，两相步进角为1.8度，五相步进角为0.72度。

步进电动机的构造

步进电动机的断面图如下图所示。

步进电动机构造上大致分为定子与转子两部分。转子由转子1、转子2、永磁磁钢3部分构成。此外，转子已被轴向磁化，转子1为N极时，转子2则为S极。

定子拥有小齿状的磁极，皆绕有线圈。

其线圈的对角位置的磁极相互连接着，通电时，线圈即会被磁化成同一极性。(例如对某一线圈进行通电后，对角线的磁极将磁化成S极或N极。)

对角线的2个磁极形成1个相。有A相至E相等5个相位的机型称为5相步进电动机、有A相和B相2个相位的机型称为2相步进电动机。

转子的外圈由50个小齿构成，转子1和转子2的小齿于构造上互相错开1/2螺距。

励磁：是指电动机线圈通电时的状态

磁极：是指励磁后变成电磁铁的定子突出部分

小齿：是指转子和定子的小齿

步进电动机的工作原理

以5相步进电动机为实例，针对实际上经过磁化后的转子及定子的小齿的位置关系进行说明。

1、将A相励磁时

将A相励磁，会使得磁极磁化成S极，而其将与带有N极极性的转子1的小齿互相吸引，并与带有S极极性的转子2的小齿相斥，于平衡后停止。此时，没有励磁的B相磁极的小齿和带有S极极性的转子2的小齿互相偏离0.72°。以上是A相励磁时的定子和转子小齿的位置关系。

2、将B相励磁时

其次由A相励磁转为B相励磁时，B相磁极磁化成N极，与拥有S极极性的转子2互相吸引，而与拥有N极极性的转子1相斥。

也就是说，将励磁相从A相励磁转换至B相励磁时，转子旋转0.72°。由此可知，励磁相位随A相→B相→C相→D相→E相→A相依次转换，则步进电动机以每次0.72°做正确的旋转。此外，希望作反方向旋转时，只需将励磁顺序倒转，依照A相→E相→D相→C相→B相→A相励磁即可。

0.72°的高分辨率取决于定子和转子构造上的机械偏移量，所以不需要编码器等传感器即可正确定位。此外，就停止精度而言，只有定子与转子的加工精度、组装精度、及线圈的直流电阻的不同等因素会造成影响，因此可获得±3分(空载时)的高停止精度。实际上步进电动机是由驱动器来进行励磁相的转换，而励磁相的转换定时则是由输入驱动器的脉冲信号所进行。以上举的是单相励磁的例子，实际运转时，为了有效利用线圈，4相或5相同时进行励磁。

步进电动机的基本特性

使用步进电动机时，电动机的特性是否符合使用条件，是相当重要的一点。在此说明步进电动机使用时的重要特性。步进电动机的特性可大略分为两项。

● 动特性 ：

这是与步进电动机起动或旋转时有关的特性，主要会影响机器的工作、周期时间等。

● 静特性 ：

这是与步进电动机停止时角度变化有关的特性，主要会影响机器的精度。

1、动特性

转速―转矩特性

这是表示驱动步进电动机时的转速和转矩的关系，如特性图所示。

是选用步进电动机时所必须考虑的特性。横轴代表电动机输出轴的转速，而纵轴则代表转矩。转速―转矩特性取决于电动机及驱动器，因使用的驱动器种类不同会有较大差异。

1.什么是步进电机?

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(及步进角)。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的;同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

2.步进电机分哪几种?

步进电机分三种：永磁式(PM) ，反应式(VR)和混合式(HB)永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度;反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。在欧美等发达国家80年代已被淘汰;混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。

3.什么是保持转矩(HOLDING TORQUE)?

保持转矩(HOLDING TORQUE)是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。

4.什么是DETENT TORQUE?

DETENT TORQUE 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解;由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。

5.步进电机精度为多少?是否累积?

一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

6.步进电机的外表温度允许达到多少?

步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点;一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

7.为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降?

当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率(或速度)的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

8.为什么步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声?

步进电机有一个技术参数：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。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频(电机转速从低速升到高速)。

9.如何克服两相混合式步进电机在低速运转时的振动和噪声?

步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，一般可采用以下方案来克服：

A.如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比等机械传动避开共振区;

B.采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法;

C.换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机;

D.换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高;

E.在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大。