步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)及參數(shù)及特性

　　步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開(kāi)環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。

　　步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。

　　雖然步進(jìn)電機(jī)已被廣泛地應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不能像普通的直流電機(jī)，交流電機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號(hào)、功率驅(qū)動(dòng)電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計(jì)算機(jī)等許多專業(yè)知識(shí)。步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。

　　步進(jìn)電機(jī)從其結(jié)構(gòu)形式上可分為反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VariableReluctance，VR）、永磁式步進(jìn)電機(jī)PermanentMagnet，PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HybridStepping，HS）、單相步進(jìn)電機(jī)、平面步進(jìn)電機(jī)等多種類型，在我國(guó)所采用的步進(jìn)電機(jī)中以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為主。步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行性能與控制方式有密切的關(guān)系，步進(jìn)電機(jī)控制系統(tǒng)從其控制方式來(lái)看，可以分為以下三類：開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)、半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中一般歸類于開(kāi)環(huán)或閉環(huán)系統(tǒng)中。

　　反應(yīng)式：定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、步距角小，可達(dá)1.2°、但動(dòng)態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證。

　　永磁式：永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機(jī)精度差，步矩角大（一般為7.5°或15°）。

　　混合式：混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個(gè)小齒以提高步矩精度。其特點(diǎn)是輸出力矩大、動(dòng)態(tài)性能好，步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對(duì)較高。

　　按定子上繞組來(lái)分，共有二相、三相和五相等系列。最受歡迎的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，約占97%以上的市場(chǎng)份額，其原因是性價(jià)比高，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后效果良好。該種電機(jī)的基本步距角為1.8°/步，配上半步驅(qū)動(dòng)器后，步距角減少為0.9°，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后其步距角可細(xì)分達(dá)256倍（0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，實(shí)際控制精度略低。同一步進(jìn)電機(jī)可配不同細(xì)分的驅(qū)動(dòng)器以改變精度和效果。

　　步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)及特性解讀

　　1.步距誤差

　　是指空載時(shí)實(shí)測(cè)的步距角與理論的步距角之差。它反映了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)角位移的精度。

　　國(guó)產(chǎn)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距誤差一般在±10′～±30′范圍內(nèi)，精度較高的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可達(dá)±2′～±5′。

　　2.最大靜轉(zhuǎn)矩

　　是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在某相始終通電而處于靜止不動(dòng)狀態(tài)時(shí)，所能承受的最大外加轉(zhuǎn)矩，亦即所能輸出的最大電磁轉(zhuǎn)矩。它反映了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的制動(dòng)能力和低速步進(jìn)運(yùn)行時(shí)的負(fù)載能力。

　　3.啟動(dòng)矩頻特性

　　是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在有外加負(fù)載轉(zhuǎn)矩時(shí)，不失步地正常啟動(dòng)所能接受的最大階躍輸入脈沖頻率（又稱啟動(dòng)頻率）與負(fù)載轉(zhuǎn)矩的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

　　4.啟動(dòng)慣頻特性

　　是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)純慣性負(fù)載啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)頻率與轉(zhuǎn)動(dòng)慣量之間的關(guān)系。

　　5.運(yùn)行矩頻特性

　　是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，輸出轉(zhuǎn)矩與輸入脈沖頻率的關(guān)系。選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)，應(yīng)使實(shí)際應(yīng)用的運(yùn)行頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩所對(duì)應(yīng)的運(yùn)行工作點(diǎn)位于運(yùn)行矩頻特性之下，才能保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不失步地正常運(yùn)行。

　　6.步進(jìn)運(yùn)行和低頻振蕩

　　當(dāng)輸入脈沖頻率很低時(shí)，脈沖周期如大于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的過(guò)渡過(guò)程時(shí)間，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就會(huì)處于一步一停的運(yùn)行狀態(tài)，這種運(yùn)行狀態(tài)稱為步進(jìn)運(yùn)行。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)都有一較低的固有頻率，當(dāng)步進(jìn)運(yùn)行頻率或低速運(yùn)行頻率與該固有頻率相等或接近時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生共振，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)振蕩不前，這種現(xiàn)象稱為低頻振蕩。

　　避免低頻振蕩的現(xiàn)象發(fā)生采用的方法：

　　一種是使運(yùn)行頻率避開(kāi)固有頻率，二是前一方法不允許時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)上的阻尼器來(lái)改變固有頻率。

　　7.最大相電壓和最大相電流

　　分別是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每相繞組所允許施加的最大電源電壓和流過(guò)的最大電流。
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