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的電磁鐵，其作用原理是通過氣隙磁導率的變化產生電磁轉矩。它最初的模型起源于。控制的嘗試開始于1990年左右，并應用于氫弧光燈的電極輸送機構。這被認為是最初的步進電機。20世紀初，步進電機被廣泛應用于自動電話交換機。由于西方資本主義列強爭奪殖民地，步進電機被廣泛應用于缺乏交流電源的船舶、飛機等獨立系統(tǒng)。20世紀50年代末，晶體管的發(fā)明逐漸應用于步進電機，使得數(shù)字化控制更加容易。20世紀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。

步進電機保持轉矩與定位轉矩概念解析

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換成相應的角位移或線位移，是完成數(shù)字模式轉換的執(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)調整。步進電機的角位移與輸入脈沖數(shù)嚴格成正比，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，隨著科學技術的發(fā)展，特別是永磁材料、半導體技術和計算機技術的發(fā)展，步進電機已經廣泛應用于許多領域。

　　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動電源步進電機驅動器。在微電子技術特別是計算機技術發(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，不僅調試安裝復雜，而且消耗大量元器件，一旦定型，需要重新設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化為離散機械運動的裝置，并具有良好的數(shù)據控制特性，所以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已經成為主流，即通過程序產生控制脈沖來驅動硬件電路。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，永磁材料在電機轉子上產生的磁場產生的力矩。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式步進電機的重要標志。

步進電機作為執(zhí)行器，是機電一體化的關鍵產品之一，廣泛應用于各種自動控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術的發(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化為角位移的執(zhí)行器。步進驅動器接收到脈沖信號后，驅動步進電機按設定的方向旋轉一個固定的角度(稱為“步角”)，其旋轉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%)而廣泛應用于各種開環(huán)控制中。

目前常用的步進電機有反應式步進電機(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。無功步進電機的轉子磁路由軟磁材料制成，定子設有多相勵磁繞組，利用磁導率的變化產生轉矩。

混合式步進電機結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。這種步進電機應用廣泛，也是這種細分驅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，真正的步距角和驅動器有關。 步進電機的相數(shù)：

　　是指電機內部的線圈組數(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° 。在沒有細分驅動器時，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。如果使用細分驅動器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅動器上改變細分數(shù)，就可以改變步距角。

　　保持轉矩（HOLDING TORQUE）：

　　是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。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，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為2N.m的步進電機。

　　定位轉矩（DETENT TORQUE）：

　　是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。DETENT TORQUE 在國內沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產生誤解；由于反應式步進電機的轉子不是永磁材料，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；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速的升高而下降。

　　當步進電機轉動時，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，從而導致力矩下降。

　　4．步進電機低速時可以正常運轉，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。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，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)字化技術的發(fā)展以及步進電機本身技術的提高，步進電機將會在更多的領域得到應用。