步进电机发展与应用概述

步进电机，亦称脉冲电机，遵循电磁铁的基本原理，是一种可自由旋转的电磁装置。其运作机理依赖于气隙磁导的变化来产生电磁转矩。该电机的雏形诞生于上世纪的某个时期。大约在年前后，人们开始尝试将其应用于氢弧灯电极输送装置，这被认为是步进电机应用的起点。20世纪初，步进电机在电话自动交换机中得到了广泛应用。随着西方列强对殖民地的争夺，步进电机在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中得到普及。安徽皖南电机20世纪50年代后期，晶体管的发明使得步进电机的数字化控制变得更加便捷。到了80年代以后，随着廉价微型计算机的普及，步进电机的控制方式变得更加灵活多样。

解析步进电机的保持转矩与定位转矩，我们发现，步进电机与其它控制用电机*大的不同之处在于，它能接收数字控制信号，并将其转换为相应的角位移或直线位移，自身就是一个完成数字模式转化的执行元件。它能够实现开环位置控制，只需输入一个脉冲信号，就能得到一个规定的位置增量。与传统的直流控制系统相比，这种增量位置控制系统的成本更低，几乎不需要进行系统调整。步进电机的角位移量与输入的脉冲个数成正比，且与脉冲同步。因此，通过控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可获得所需的转角、速度和方向。

我国步进电机的发展始于20世纪70年代初，70年代中期至80年代中期为成品发展阶段，期间不断开发出新品种和高性能电机。随着科学技术的发展，尤其是永磁材料、半导体技术、计算机技术的进步，步进电机在众多领域得到了广泛应用。

步进电机作为一种控制用特种电机，不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专门的驱动电源——步进电机驱动器。在微电子技术，特别是计算机技术发展之前，控制器脉冲信号发生器完全由硬件实现，控制系统采用单独的元件或集成电路组成控制回路，不仅调试安装复杂，消耗大量元器件，而且一旦定型，要改变控制方案就必须重新设计电路。这使得需要为不同的电机开发不同的驱动器，开发难度和成本都很高，控制难度较大，限制了步进电机的推广。

步进电机作为一种将电脉冲转换成离散机械运动的装置，具有很好的数据控制特性，因此，计算机成为其理想的驱动源。随着微电子和计算机技术的发展，软硬件结合的控制方式成为主流，即通过程序产生控制脉冲，驱动硬件电路。单片机通过软件控制步进电机，更好地挖掘了电机的潜力。因此，用单片机控制步进电机已成为一种必然趋势，也符合数字化时代的趋势。

步进电机的保持转矩与定位转矩，保持转矩是指电机各相绕组通额定电流，且处于静态锁定状态时，电机所能输出的*大转矩。它是电机选型时*重要的参数之一。定位转矩是指电机各相绕组不通电且处于开路状态时，由于混合式电机转子上有永磁材料产生磁场，从而产生的转矩。一般定位转矩远小于保持转矩。是否存在定位转矩是混合式步进电机区别于反应式步进电机的重要标志。

步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用于各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。皖南电机价格表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。皖南电机步进电机可以作为一种控制用特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。

目前常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般为三相，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。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。安徽皖南电机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*为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。

电机固有步距角是指控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。

步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

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。皖南电机价格表它是步进电机*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*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。

定位转矩是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有定位转矩。步进电机的一些特点：1.一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。2.步进电机外表允许的*高温度。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，甚至失步。因此，电机外表允许的*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。

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。

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）。

步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。