步進電機又稱脈沖電機，是一種基于電磁鐵基本原理可以自由旋轉(zhuǎn)的電磁鐵，其作用原理是通過氣隙磁導(dǎo)率的變化產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。它最初的模型起源于?？刂频膰L試開始于1990年左右，并應(yīng)用于氫弧光燈的電極輸送機構(gòu)。這被認(rèn)為是最初的步進電機。20世紀(jì)初，步進電機被廣泛應(yīng)用于自動電話交換機。由于西方資本主義列強爭奪殖民地，步進電機被廣泛應(yīng)用于缺乏交流電源的船舶、飛機等獨立系統(tǒng)。20世紀(jì)50年代末，晶體管的發(fā)明逐漸應(yīng)用于步進電機，使得數(shù)字化控制更加容易。20世紀(jì)80年代后，由于廉價的微型計算機以多功能的方式出現(xiàn)，步進電機的控制方法變得更加靈活多樣。

步進電機保持轉(zhuǎn)矩與定位轉(zhuǎn)矩概念解析

步進電機與其他控制用途的電機最大的區(qū)別在于它接收數(shù)字控制信號并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或線位移，是完成數(shù)字模式轉(zhuǎn)換的執(zhí)行元件。此外，它可以開環(huán)位置控制，并通過輸入脈沖信號獲得指定的位置增量。與傳統(tǒng)的DC控制系統(tǒng)相比，這種所謂的增量位置控制系統(tǒng)明顯降低了成本，幾乎不需要系統(tǒng)調(diào)整。步進電機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比，并與脈沖在時間上同步。因此，只要控制脈沖的數(shù)量和頻率以及電機繞組的相序，就可以獲得所需的旋轉(zhuǎn)角度、速度和方向。

我國步進電機起步于70年代初，成品從70年代中期發(fā)展到80年代中期。新品種、高性能電機不斷發(fā)展。目前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是永磁材料、半導(dǎo)體技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，步進電機已經(jīng)廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。

　　步進電機的基本原理

步進電機作為一種特殊的控制電機，不能直接與DC或交流電源相連，因此需要使用特殊的驅(qū)動電源步進電機驅(qū)動器。在微電子技術(shù)特別是計算機技術(shù)發(fā)展之前，控制器脈沖信號發(fā)生器完全由硬件實現(xiàn)，控制系統(tǒng)使用單獨的元器件或集成電路組成控制回路，不僅調(diào)試安裝復(fù)雜，而且消耗大量元器件，一旦定型，需要重新設(shè)計電路改變控制方案。這就需要針對不同的電機開發(fā)不同的驅(qū)動器，開發(fā)難度大，成本高，控制難度大，限制了步進電機的普及。

由于步進電機是將電脈沖轉(zhuǎn)化為離散機械運動的裝置，并具有良好的數(shù)據(jù)控制特性，所以計算機成為步進電機的理想驅(qū)動源。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，軟硬件結(jié)合的控制方式已經(jīng)成為主流，即通過程序產(chǎn)生控制脈沖來驅(qū)動硬件電路。單片機通過軟件控制步進電機，可以更好的挖掘電機的潛力。因此，用單片機控制步進電機已經(jīng)成為必然趨勢，這也符合數(shù)字化的趨勢。

步進電機的保持力矩和定位力矩

保持轉(zhuǎn)矩是指電機各相繞組通過額定電流并處于靜態(tài)鎖定狀態(tài)時，電機能夠輸出的最大轉(zhuǎn)矩。它是電機選擇中最重要的參數(shù)之一。

定位力矩是指混合動力電機各相繞組不通電，處于開路狀態(tài)時，永磁材料在電機轉(zhuǎn)子上產(chǎn)生的磁場產(chǎn)生的力矩。一般定位扭矩比保持扭矩小很多。是否存在定位力矩是混合式步進電機不同于反應(yīng)式步進電機的重要標(biāo)志。

步進電機作為執(zhí)行器，是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用于各種自動控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展，對步進電機的需求日益增加

步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行器。步進驅(qū)動器接收到脈沖信號后，驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向旋轉(zhuǎn)一個固定的角度(稱為“步角”)，其旋轉(zhuǎn)以固定的角度步進運行。角位移可以通過控制脈沖數(shù)來控制，從而達到精確定位的目的；同時，可以通過控制脈沖頻率來控制電機的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機可作為控制專用電機，因其無累積誤差(精度為100%)而廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制中。

目前常用的步進電機有反應(yīng)式步進電機(VR)、永磁步進電機(PM)、混合式步進電機(HB)和單相步進電機。

永磁步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩小，體積小，步進角度一般為7.5度或15度；無功步進電機一般為三相，可以實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出。步進角度一般為1.5度，但噪音和振動都很大。無功步進電機的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子設(shè)有多相勵磁繞組，利用磁導(dǎo)率的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。

混合式步進電機結(jié)合了永磁電機和無功電機的優(yōu)點。分為兩相和五相：兩相的步進角一般為1.8度，五相的步進角一般為0.72度。這種步進電機應(yīng)用廣泛，也是這種細(xì)分驅(qū)動方案中選用的步進電機。步進電機的一些基本參數(shù)；

　　電機固有步距角：

　　它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，如86BYG250A型電機給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時為0.9°、整步工作時為1.8°），這個步距角可以稱之為‘電機固有步距角’，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。 步進電機的相數(shù)：

　　是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數(shù)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° 。在沒有細(xì)分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。

　　保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）：

　　是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進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(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。

　　定位轉(zhuǎn)矩（DETENT TORQUE）：

　　是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進電機的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。 步進電機的一些特點：

　　1．一般步進電機的精度為步進角的3-5%，且不累積。 2．步進電機外表允許的最高溫度。

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

　　3．步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。

　　當(dāng)步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。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(dǎo)致力矩下降。

　　4．步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲。 步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。 步進電動機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進電機本身技術(shù)的提高，步進電機將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。