摘要：步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常的簡單。

關鍵詞：脈沖控制???永磁??勵磁

 

一、步進電機的構造（以5相步進為例）

步進電機的構造主要采用圖示的方式進行講解：

步進電動機構造上大致分為定子與轉子兩部分。?轉子由轉子?1、轉子?2、永久磁鋼等?3?部分構成。而且轉子朝軸方向已經磁化，轉子?1?為?N?極時，轉子?2?則為?S?極。

 

定子擁有小齒狀的磁極，共有?10個，皆繞有線圈。?其線圈的對角位置的磁極相互連接著，電流流通后，線圈即會被磁?化成同一極性。（例如某一線圈經由電流的流通后，對角線的磁極將?同化成?S?極或?N?極。）?對角線的?2個磁極形成?1個相，而由于有?A相至?E相等?5個相位，因此稱為?5?相步進電動機。

系統構成圖示

轉子的外圈由?50個小齒構成，轉子?1?和轉子?2?的小齒于構造上互?相錯開?1/2?螺距。由此轉子形成了100個小齒。目前已經有轉子單個加工至100齒的高分辨率型，那么高分辨率型的轉子就有200個小齒。因此其機械上就可以實現普通步進電機半步(普通步進電機半步需要電氣細分達到)的分辨率。

電動機構造圖2∶與轉軸成垂直方向的斷面圖

二、步進電機的運轉原理。

實際上經過磁化后的轉子及定子的小齒的位置關系，在此說明如下。?首先解釋勵磁，勵磁就是指電動機線圈通電時的狀態。

• A相勵磁

將?A?相勵磁，會使得磁極磁化成?S?極，而其將與帶有?N極磁性的?轉子?1?的小齒互相吸引，并與帶有S極磁性的轉子?2?的小齒相斥，?于平衡后停止。此時，沒有勵磁的?B相磁極的小齒和帶有?S極磁性?的轉子?2?的小齒互相偏離?0.72°。以上是?A?相勵磁時的定子和轉子小齒的位置關系。

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• B相勵磁

其次由?A?相勵磁轉為?B?相勵磁時，B?相磁極磁化成?N?極，與擁有?S極磁性的轉子?2?互相吸引，而與擁有?N極磁性的轉子?1?相斥。

也就是說，從?A?相勵磁轉換至?B?相勵磁時，轉子轉動?0.72°。由此可知，?勵磁相位隨?A相→?B相→?C相→?D相→?E相→?A相依次轉換，則步進電動機以每次?0.72°做正確的轉動。同樣的，希望作反方向轉動時，只需將勵磁順序倒轉，依照?A相→?E相→?D相→?C相→?B相→?A相勵磁即可。

0.72°的高分辨率，是取決于定子和轉子構造上的機械偏移量，所以不需要編碼器等傳感器即可正確的定位。下圖就5相步進每次的位移量是0.72°進行更詳細的說明:

由于第一組定子正好與轉子相對應吸引。就勢必會導致第二組定子與對應的轉子相偏離（定子與轉子齒距一樣，但是各自所在的2個圓不一樣大）。而這個偏離值正好是齒距的十分之一。因此普通5相步進的步距角為：360°/50齒/10=0.72°

高分辨率5相步進的步距角為：360°/100齒/10=0.36°

 

另外，就停止精度而言，?會影響的只有定子與轉子的加工精度、組裝精度、及線圈的直流電阻的不同等而已，因此可獲得?±3?分（無負載時）的高停止精度。?實際上步進電動機是由驅動器來進行勵磁相的轉換，而勵磁相的轉換時機則是由輸入驅動器的脈沖信號所進行。以上舉的是?1相位勵磁的例子，實際運轉時，為有效利用線圈同時進行?4相或?5相勵磁的。

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三、步進電動機的特征

1、運轉需要的三要素：控制器、驅動器、步進電動機

以上三部分是步進電機運轉必不可少的三部分。控制器又叫脈沖產生器，目前主要有PLC、單片機、運動板卡等等。

2、運轉量與脈沖數的比例關系

3、運轉速度與脈沖速度的比例關系

4、本身具有保持力

步進電機只有在通電狀況下，才具備自我保持力。在停電狀況下?，自我保持力消失。

因此在升降設備傳動時，務必使用附電磁剎車型步進電機。

 

四、結束語

雖然步進電機已被廣泛地應用，但步進電機并不能像普通的直流電機，交流電機在常規下就能使用。它必須由脈沖信號、功率驅動電路等組成控制系統方可使用。因此用好步進電機卻非易事，它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業知識。但是萬丈高樓平地起，從步進電機的基礎開始學習，無疑為將來的應用打好扎實的基礎。