步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī),，基于最基本的電磁鐵原理，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵,，其動(dòng)作原理是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩,。其原始模型是起源于年至年間,。年前后開始以控制為目的的嘗試，應(yīng)用于氫弧燈的電極輸送機(jī)構(gòu)中,。這被認(rèn)為是最初的步進(jìn)電機(jī),。二十世紀(jì)初，在電話自動(dòng)交換機(jī)中廣泛使用了步進(jìn)電機(jī),。由于西方資本主義列強(qiáng)爭(zhēng)奪殖民地,，步進(jìn)電機(jī)在缺乏交流電源的船舶和飛機(jī)等獨(dú)立系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。二十世紀(jì)五十年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上,，對(duì)于數(shù)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(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn),，步進(jìn)電機(jī)的控制方式更加靈活多樣,。

　　步進(jìn)電機(jī)保持轉(zhuǎn)矩與定位轉(zhuǎn)矩概念解析

　　步進(jìn)電機(jī)相對(duì)于其它控制用途電機(jī)的最大區(qū)別是，它接收數(shù)字控制信號(hào)電脈沖信號(hào)并轉(zhuǎn)化成與之相對(duì)應(yīng)的角位移或直線位移,，它本身就是一個(gè)完成數(shù)字模式轉(zhuǎn)化的執(zhí)行元件,。而且它可開環(huán)位置控制，輸入一個(gè)脈沖信號(hào)就得到一個(gè)規(guī)定的位置增量,，這樣的所謂增量位置控制系統(tǒng)與傳統(tǒng)的直流控制系統(tǒng)相比,，其成本明顯減低，幾乎不必進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)整,。步進(jìn)電機(jī)的角位移量與輸入的脈沖個(gè)數(shù)嚴(yán)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(shù)量,、頻率和電機(jī)繞組的相序,，即可獲得所需的轉(zhuǎn)角,、速度和方向。

　　我國(guó)的步進(jìn)電機(jī)在二十世紀(jì)七十年代初開始起步,，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(jī)不斷開發(fā)，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),、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使步進(jìn)電機(jī)在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,。

　　步進(jìn)電機(jī)的基本原理

　　作為一種控制用的特種電機(jī),，步進(jìn)電機(jī)無法直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅(qū)動(dòng)電源步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器,。在微電子技術(shù),，特別計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展以前，控制器脈沖信號(hào)發(fā)生器完全由硬件實(shí)現(xiàn),，控制系統(tǒng)采用單獨(dú)的元件或者集成電路組成控制回路,，不僅調(diào)試安裝復(fù)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(shè)計(jì)電路。這就使得需要針對(duì)不同的電機(jī)開發(fā)不同的驅(qū)動(dòng)器,，開發(fā)難度和開發(fā)成本都很高,，控制難度較大，限制了步進(jìn)電機(jī)的推廣,。

　　由于步進(jìn)電機(jī)是一個(gè)把電脈沖轉(zhuǎn)換成離散的機(jī)械運(yùn)動(dòng)的裝置,，具有很好的數(shù)據(jù)控制特性，因此,，計(jì)算機(jī)成為步進(jìn)電機(jī)的理想驅(qū)動(dòng)源,，隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，軟硬件結(jié)合的控制方式成為了主流,，即通過程序產(chǎn)生控制脈沖,，驅(qū)動(dòng)硬件電路。單片機(jī)通過軟件來控制步進(jìn)電機(jī),，更好地挖掘出了電機(jī)的潛力,。因此，用單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)成為了一種必然的趨勢(shì),，也符合數(shù)字化的時(shí)代趨,。

　　步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩與定位轉(zhuǎn)矩

　　保持轉(zhuǎn)距是指電機(jī)各相繞組通額定電流,，且處于靜態(tài)鎖定狀態(tài)時(shí)，電機(jī)所能輸出的最大轉(zhuǎn)距,。是電機(jī)選型時(shí)最重要的參數(shù)之一,。

　　定位轉(zhuǎn)距是指電機(jī)各相繞組不通電且處于開路狀態(tài)時(shí)，由于混合式電機(jī)轉(zhuǎn)子上有永磁材料產(chǎn)生磁場(chǎng),，從而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)距,。一般定位轉(zhuǎn)距遠(yuǎn)小于保持轉(zhuǎn)距。是否存在定位轉(zhuǎn)距是混合式步進(jìn)電機(jī)區(qū)別于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的重要標(biāo)志,。

　　步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件,，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一， 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中,。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用,。

　　步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu),。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度（稱為“步距角”）,，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的,。可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量,，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的,；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的,。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī),，利用其沒有積累誤差（精度為100%）的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制,。

　　現(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR）,、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM）、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB）和單相式步進(jìn)電機(jī)等,。

　　永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相,，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度,； 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相,，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)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(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組,，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩,。

　　混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)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(jī)的應(yīng)用最為廣泛,，也是本次細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案所選用的步進(jìn)電機(jī),。 步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù)；

　　電機(jī)固有步距角：

　　它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào),，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度,。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)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)步距角可以稱之為‘電機(jī)固有步距角’，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角,，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān),。 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)：

　　是指電機(jī)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(jìn)電機(jī),。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同,，一般二相電機(jī)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(dòng)器時(shí),，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器,，則‘相數(shù)’將變得沒有意義,，用戶只需在驅(qū)動(dòng)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(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一,，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩,。由于步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一,。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī),，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī),。

　　定位轉(zhuǎn)矩（DETENT TORQUE）：

　　是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下,，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT TORQUE 在國(guó)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(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE,。 步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)：

　　1．一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%,，且不累積。 2．步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度,。

　　步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)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(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn),；一般來講,，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200度以上,，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏80-90度完全正常,。

　　3．步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。

　　當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢(shì),；頻率越高，反向電動(dòng)勢(shì)越大,。在它的作用下,，電機(jī)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(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),，但若高于一定速度就無法啟動(dòng)，并伴有嘯叫聲,。 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率,，即步進(jìn)電機(jī)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(jī)不能正常啟動(dòng),，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下,，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低,。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程,，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(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)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(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高,，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。