一、概述

步進電機是一種數字控制電動機，其接受控制脈沖信號并相應的轉動一定的角度。實際運用中步進 電機與控制器是不可分割的整體，通過單片機、DSP 等微控制器產生的控制脈沖信號是弱電信號，需要 經過驅動電路功率放大后才可以作用在電機的繞組上，使繞組按一定順序通電。只要各相繞組按既定的 順序輪流通電，步進電機就能產生所需的步進運動。

因為其開環控制具有較高的分辨率，步進電機作為經濟型數控機床的核心，在數控機械中得到了廣 泛的應用。經過長期的發展，步進電機在數字控制的許多領域都得到了相關的應用，其作為控制用電機 或驅動用電機在辦公自動化設備、計算機外設和工業機械等領域有較多的應用實例。近年來，微電子技 術、大功率電力電子器件及驅動技術的迅速發展，進一步促進了步進電機的發展。

二、步進電機分類

步進電機一般可分為以下三類：

1、反應式步進電機。反應式步進電機定子由硅鋼片疊成，相對的兩個磁極纏有纏繞方向不同的同 一繞組，通電時形成一對 N、S 極，電機轉子中沒有繞組。電機轉子是由軟磁材料制成的，轉子磁極外 表面和定子磁極內表面有許多個大小相同、間距相同的小齒。電磁力是反應式步進電機產生運動的動力， 在電磁力的作用下，轉子會運動到最大磁導率（或者最小磁阻）的位置，并處于平衡狀態。

2、永磁式步進電機。永磁式步進電機轉子的材料是永磁性的，轉子與定子的極數相同，電機輸出 轉矩大，步距角相對較大，但工作性能良好。

3、混合式步進電機。混合式步進電機定子的結構與反應式步進電機相同，轉子在軸向分為兩段， 兩段鐵芯外圍圓周方向都均勻分布著相同數量、尺寸的小齒，但相互錯位半個齒距。兩段鐵芯中間嵌入 永磁鐵，使得轉子一端鐵芯呈 N 極，另一端鐵芯呈 S 極，如圖 1.1 所示。轉子的 N、S 極性不變， 通過控制定子繞組電流實現定子磁極的 N、S 極性的順序變化，對轉子的 N、S 極產生相應的作用力， 推動轉子按要求旋轉。因為混合式步進電機轉子的永磁磁場也產生一部分的轉矩，所以比反應式步進電 機僅由定子磁場產生的轉矩要大。

步進電機有如下的特點：

（1）步距角穩定，只與電機結構等有關，不受電壓、電流、溫度等各種干擾因素影響； 

（2）步進電機的轉動角度與控制脈沖的數目成正比，沒有累積誤差； 

（3）步進電機動態性能好，啟停、正反轉及變速都能在少數控制脈沖內完成； 

（4）步進電機開環控制系統簡單可靠，加上檢測反饋環節，可構成高性能的閉環控制系統； 

（5）步進電機在中低速時具有較大轉矩，能夠比相同級別的伺服電機提供更大的扭矩輸出； 

（6）步進電機體積小，在狹窄的空間內仍可順利安裝，并提供較高轉矩輸出；

 步進電動機的主要缺點是效率低；不能直接使用交流或直流電源，需要適當的驅動電源才能運行； 帶負載慣量的能力不強；在應用中可能出現低頻振蕩和失步的現象。

三、步進電機應用中的問題

步進電機一般運用在精度和穩定性要求不高的開環系統中，可能存在失步并且無法準確及時的對失 步進行檢測補償的問題，導致系統的精度降低。步進電機閉環控制能從根本上解決失步的問題，提高步 進電機的工作性能，不僅可以實現步進電機更加精確的位置和穩定的轉速控制，還可以使步進電機獲得 更大的通用性。電力電子器件和微處理器的發展為步進電機閉環控制性能的提高提供了基礎，步進電機 的閉環控制正逐漸向數字化、智能化、模塊化方向發展。

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