步进电机

步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。

步进电机相对于其它控制用途电机的区别是，它接收数字控制信号（电脉冲信号）并转化成与之相对应的角位移或直线位移，它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。而且它可开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量，这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比,其成本明显减低，几乎不必进行系统调整。步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。

主要分类

步进电动机的结构形式和分类方法较多，一般按励磁方式分为反应磁阻式、永磁式和混磁式三种；按相数可分为单相、两相、三相和多相等形式。

反应磁阻式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、利息低、步距角小，可达1.2°但是动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。

永磁式：永磁式步进电机转子用永磁资料制成，转子的极数与定子的极数是相同的特点是动态性能好、输出力矩大，但是这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）

混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁资料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但是结构复杂、利息相对较高。

按定子上绕组来分类，共有二相、三相和五相等系列。两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步距角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9°配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍（0.007°/微步）由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。

在我国所采用的步进电机中以反应式步进电机为主。步进电机的运行性能与控制方式有密切的关系，步进电机控制系统从其控制方式来看，可以分为以下三类：开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统。半闭环控制系统在实际应用中一般归类于开环或闭环系统中。

主要构造

步进电动机模型的结构示意图如图所示。它的定、转子铁心都由硅钢片叠成。定子上有六个磁极，每两个相对的磁极绕有同一相绕组，三相绕组接成星形作为控制绕组；转子铁心上没有绕组，只有四个齿，齿宽等于定子极靴宽。

步进电机的独特功能和优势

无刷–步进电机是无刷的，这意味着它们具有很高的可靠性，几乎不需要维护。常规电动机的换向器和电刷是一些最容易发生故障的组件，它们会在某些环境中产生不良或危险的电弧。

独立于负载–步进电机将以设定速度旋转，而不管负载如何，只要负载不超过电机的扭矩额定值即可。

开环操作–步进电机以定量的增量或步长运动。只要电动机在其扭矩规格范围内运行，就始终知道轴的位置，而无需反馈。

保持扭矩–步进电机能够使轴保持静止。

对启动，停止和反转的响应出色。

与伺服控制的电动机相比，其固有的故障安全性更高。

步进电机的应用：

步进电机在电机控制领域占据着独特的位置。目前，步进电机的应用领域越来越广泛，机械、电子、纺织等行业应用普遍，下面是比较常用的一些场合：

广泛应用于ATM机、喷绘机、3D打印机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。

特别适合要求运行平稳、低噪音、响应快、使用寿命长、高输出扭矩的应用场所。

这类步进电机的特点是坚持转矩不高，步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用。频繁启动反应速度快、运转噪音低、运行平稳、控制性能好、整机利息低。

目的通过采用高相数的步进电机来减小步矩角和提高控制精度，目前用于电脑绣花机的步进电机多数为五相混合式步进电机。但是采用该种方式获得的性能上的提高是有限的．而且利息也相对较高。采用细分驱动技术可以大大改善步进电机的运行品质，减少转矩波动，抑制振荡，降低噪音，提高步矩分辨率。

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