步進電機的特點及應用

步進電機是一種將電脈沖信號轉換成相應角位移或線位移的電動機。每輸入一個脈沖信號，轉子就轉動一個角度或前進一步，其輸出的角位移或線位移與輸入的脈沖數(shù)成正比，轉速與脈沖頻率成正比。因此，步進電動機又稱脈沖電動機。

步進電機又稱為脈沖電機，基于最基本的電磁鐵原理，它是一種可以自由回轉的電磁鐵，其動作原理是依靠氣隙磁導的變化來產(chǎn)生電磁轉矩。其原始模型是起源于1830年至1860年間。1870年前后開始以控制為目的的嘗試，應用于氫弧燈的電極輸送機構中。這被認為是最初的步進電機。1923年，James Weir French發(fā)明三相可變磁阻型(Variable reluctance)，此為步進電機前身。二十世紀初，步進電機廣泛應用在了電話自動交換機中。由于西方資本主義列強爭奪殖民地，步進電機在缺乏交流電源的船舶和飛機等獨立系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。二十世紀五十年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應用在步進電機上，對于數(shù)字化的控制變得更為容易。到了八十年代后，由于廉價的微型計算機以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進電機的控制方式更加靈活多樣。

步進電機相對于其它控制用途電機的最大區(qū)別是，它接收數(shù)字控制信號(電脈沖信號)并轉化成與之相對應的角位移或直線位移，它本身就是一個完成數(shù)字模式轉化的執(zhí)行元件。而且它可開環(huán)位置控制，輸入一個脈沖信號就得到一個規(guī)定的位置增量，這樣的所謂增量位置控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的直流控制系統(tǒng)相比,其成本明顯減低，幾乎不必進行系統(tǒng)調整。步進電機的角位移量與輸入的脈沖個數(shù)嚴格成正比，而且在時間上與脈沖同步。因而只要控制脈沖的數(shù)量、頻率和電機繞組的相序,即可獲得所需的轉角、速度和方向。

我國的步進電機在二十世紀七十年代初開始起步，七十年代中期至八十年代中期為成品發(fā)展階段，新品種和高性能電機不斷開發(fā)，目前，隨著科學技術的發(fā)展，特別是永磁材料、半導體技術、計算機技術的發(fā)展，使步進電機在眾多領域得到了廣泛應用。

步進電機控制技術及發(fā)展概況作為一種控制用的特種電機，步進電機無法直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅動電源(步進電機驅動器)。在微電子技術，特別計算機技術發(fā)展以前，控制器(脈沖信號發(fā)生器)完全由硬件實現(xiàn)，控制系統(tǒng)采用單獨的元件或者集成電路組成控制回路，不僅調試安裝復雜，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改變控制方案就一定要重新設計電路。這就使得需要針對不同的電機開發(fā)不同的驅動器，開發(fā)難度和開發(fā)成本都很高，控制難度較大，限制了步進電機的推廣。

由于步進電機是一個把電脈沖轉換成離散的機械運動的裝置，具有很好的數(shù)據(jù)控制特性，因此，計算機成為步進電機的理想驅動源，隨著微電子和計算機技術的發(fā)展，軟硬件結合的控制方式成為了主流，即通過程序產(chǎn)生控制脈沖,驅動硬件電路。單片機通過軟件來控制步進電機，更好地挖掘出了電機的潛力。因此，用單片機控制步進電機已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數(shù)字化的時代趨勢。

步進電機是一種開環(huán)控制的電機，是利用脈沖控制信號使其轉為位移的一種能夠精細控制位移的電機，由于很多有細分功能，因此能夠實現(xiàn)很小的步進角位移，控制精度高，這是步進電機獨有的優(yōu)勢，我們經(jīng)?？吹讲竭M電機都是在短距離運行，但是來回工作卻是很頻繁，因此步進電機不適合于長期同一個方向轉動。

步進電機應用特點1、步進電機運行時候表面溫度很高，但是并不影響其使用，因為內(nèi)部磁性材料原因;

2、驅動信號驅動信號必須是脈沖信號，并且不需要反饋信號，即所謂的開環(huán)控制;

3、改變脈沖的變換順序可以改變步進電機轉動方向;

4、步進電機速度不宜過快，不適合于高速場合;

5、一般的步進電機的精度是步進角的3-5%左右;

6、步進電機具有良好的急停以及反轉特性，是其他電機無法比擬的;

7、選擇步進電機時候，原則上是先選電機后選驅動器，轉動慣量大就用大一點的步進電機;

8、步進電機與整機配合一起有時候會產(chǎn)生共振現(xiàn)象，這是它的缺點之一，因此在避開此工作點，可以改變電壓或者電流等來解決;

步進電機作為電子工業(yè)常見的電機驅動方式之一，也是小白初學電機首先接觸到的電機，雖然進階學習基本上是以伺服電機為主，但不可否認地是，步進電機有諸多優(yōu)勢，可以應用在部分領域，所以本文將盤點步進電機的優(yōu)缺點及應用領域。

1、步進電機的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

①電機旋轉的角度正比于脈沖數(shù);

②電機停轉的時候具有最大的轉矩(當繞組激磁時);

③由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運動的重復性;

④優(yōu)秀的起停和反轉響應;

⑤由于沒有電刷，可靠性較高，因此電機的壽命僅僅取決于軸承的壽命;

⑥電機的響應僅由數(shù)字輸入脈沖確定，因而可以采用開環(huán)控制，這使得電機的結構可以比較簡單且可控制成本;

⑦僅僅將負載直接連接到電機的轉軸上也可以極低速地同步旋轉;

⑧由于速度正比于脈沖頻率，因而有較寬的轉速范圍。

缺點：

①如果控制不當容易產(chǎn)生共振現(xiàn)象;

②難以運轉到較高的轉速;

③難以獲得較大的轉矩;

④在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低;

⑤超過負載時會破壞同步，高速工作時會發(fā)出振動和噪聲。

2、步進電機的應用領域

①不僅電極必須加驅動才可以運轉，驅動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖時，步進電機將靜止。如果加入適當?shù)拿}沖信號，將以一定的角度(稱為步進角)，轉動的速度和脈沖的頻率成正比。

②騰龍版步進電機的步進角度為7.5度，一圈360度，需要48個脈沖完成。

③步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性。

④改變脈沖的順序，可以方便地改變轉動的方向。

因此，目前打印機、繪圖儀、機器人等設備都以步進電機為動力核心。