步進(jìn)電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制電機，是現代數字程序控制系統中的主要執行元件，應用極為廣泛。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，當步進(jìn)驅動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅動(dòng)步進(jìn)電機按設定的方向轉動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱(chēng)為“步距角”，它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。步進(jìn)電機又稱(chēng)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(dòng)作原理是依靠氣隙磁導的變化來(lái)產(chǎn)生電磁轉矩。其原始模型是起源于年至年間。年前后開(kāi)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(jìn)電機。

步進(jìn)電機的基本原理

作為一種控制用的特種電機，步進(jìn)電機無(wú)法直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專(zhuān)用的驅動(dòng)電源步進(jìn)電機驅動(dòng)器。在微電子技術(shù)，特別計算機技術(shù)發(fā)展以前，控制器脈沖信號發(fā)生器完全由硬件實(shí)現，控制系統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(kāi)發(fā)不同的驅動(dòng)器，開(kāi)發(fā)難度和開(kāi)發(fā)成本都很高，控制難度較大，限制了步進(jìn)電機的推廣。由于步進(jìn)電機是一個(gè)把電脈沖轉換成離散的機械運動(dòng)的裝置，具有很好的數據控制特性，因此，計算機成為步進(jìn)電機的理想驅動(dòng)源，隨著(zhù)微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，軟硬件結合的控制方式成為了主流，即通過(guò)程序產(chǎn)生控制脈沖，驅動(dòng)硬件電路。單片機通過(guò)軟件來(lái)控制步進(jìn)電機，更好地挖掘出了電機的潛力。因此，用單片機控制步進(jìn)電機已經(jīng)成為了一種必然的趨勢，也符合數字化的時(shí)代趨。

步進(jìn)電機使用發(fā)展歷史

二十世紀初，在電話(huà)自動(dòng)交換機中廣泛使用了步進(jìn)電機。由于西方資本主義列強爭奪殖民地，步進(jìn)電機在缺乏交流電源的船舶和飛機等獨立系統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(jìn)電機上，對于數字化的控制變得更為容易。到了八十年代后，由于廉價(jià)的微型計算機以多功能的姿態(tài)出現，步進(jìn)電機的控制方式更加靈活多樣。我國的步進(jìn)電機在二十世紀七十年代初開(kāi)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(kāi)發(fā)，目前，隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是永磁材料、半導體技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，使步進(jìn)電機在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應用

步進(jìn)電機保持轉矩與定位轉矩概念解析

步進(jìn)電機相對于其它控制用途電機的最大區別是，它接收數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(xiàn)位移，它本身就是一個(gè)完成數字模式轉化的執行元件。而且它可開(kāi)環(huán)位置控制，輸入一個(gè)脈沖信號就得到一個(gè)規定的位置增量，這樣的所謂增量位置控制系統與傳統的直流控制系統相比，其成本明顯減低，幾乎不必進(jìn)行系統調整。步進(jìn)電機的角位移量與輸入的脈沖個(gè)數嚴格成正比，而且在時(shí)間上與脈沖同步。因而只要控制脈沖的數量、頻率和電機繞組的相序，即可獲得所需的轉角、速度和方向。

步進(jìn)電機的保持轉矩與定位轉矩

保持轉距是指電機各相繞組通額定電流，且處于靜態(tài)鎖定狀態(tài)時(shí)，電機所能輸出的最大轉距。是電機選型時(shí)最重要的參數之一。定位轉距是指電機各相繞組不通電且處于開(kāi)路狀態(tài)時(shí)，由于混合式電機轉子上有永磁材料產(chǎn)生磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生的轉距。一般定位轉距遠小于保持轉距。是否存在定位轉距是混合式步進(jìn)電機區別于反應式步進(jìn)電機的重要標志。步進(jìn)電機作為執行元件，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應用在各種自動(dòng)化控制系統中。隨著(zhù)微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應用。

步進(jìn)電機的分類(lèi)

現在比較常用的步進(jìn)電機包括反應式步進(jìn)電機（VR）、永磁式步進(jìn)電機（PM）、混合式步進(jìn)電機（HB）和單相式步進(jìn)電機等。永磁式步進(jìn)電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度；反應式步進(jìn)電機一般為三相，可實(shí)現大轉矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應式步進(jìn)電機的轉子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產(chǎn)生轉矩。混合式步進(jìn)電機是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度。這種步進(jìn)電機的應用最為廣泛，也是本次細分驅動(dòng)方案所選用的步進(jìn)電機。

1.電機固有步距角：

它表示控制系統每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號，電機所轉動(dòng)的角度。電機出廠(chǎng)時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如86BYG250A型電機給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時(shí)為0.9°、整步工作時(shí)為1.8°），這個(gè)步距角可以稱(chēng)之為‘電機固有步距角’，它不一定是電機實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅動(dòng)器有關(guān)。

2.步進(jìn)電機的相數：

是指電機內部的線(xiàn)圈組數，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機。電機相數不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72°。在沒(méi)有細分驅動(dòng)器時(shí)，用戶(hù)主要靠選擇不同相數的步進(jìn)電機來(lái)滿(mǎn)足自己步距角的要求。如果使用細分驅動(dòng)器，則‘相數’將變得沒(méi)有意義，用戶(hù)只需在驅動(dòng)器上改變細分數，就可以改變步距角。

3.保持轉矩（HOLDINGTORQUE）：

是指步進(jìn)電機通電但沒(méi)有轉動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉子的力矩。它是步進(jìn)電機最重要的參數之一，通常步進(jìn)電機在低速時(shí)的力矩接近保持轉矩。由于步進(jìn)電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉矩就成為了衡量步進(jìn)電機最重要的參數之一。比如，當人們說(shuō)2N.m的步進(jìn)電機，在沒(méi)有特殊說(shuō)明的情況下是指保持轉矩為2N.m的步進(jìn)電機。

4.定位轉矩（DETENTTORQUE）：

是指步進(jìn)電機沒(méi)有通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。DETENTTORQUE在國內沒(méi)有統一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應式步進(jìn)電機的轉子不是永磁材料，所以它沒(méi)有DETENTTORQUE。

步進(jìn)電機的一些特點(diǎn)

1．一般步進(jìn)電機的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積。

2．步進(jìn)電機外表允許的最高溫度。

步進(jìn)電機溫度過(guò)高首先會(huì )使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來(lái)講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進(jìn)電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。

3．步進(jìn)電機的力矩會(huì )隨轉速的升高而下降。

當步進(jìn)電機轉動(dòng)時(shí)，電機各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；頻率越高，反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。

4．步進(jìn)電機低速時(shí)可以正常運轉，但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲。

步進(jìn)電機有一個(gè)技術(shù)參數：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機在空載情況下能夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉。在有負載的情況下，啟動(dòng)頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動(dòng)，脈沖頻率應該有加速過(guò)程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉速從低速升到高速）。