步进电机基本原理基础入门

步进电机基础入门 东方马达中国总公司 朱华 摘要：步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。 关键词：脉冲控制 永磁 励磁 步进电机是一种特殊的电动机，它的运行基于电脉冲信号的转换，将这些电信号转化为精确的机械位移。在不超出其承载能力的情况下，步进电机的旋转速度和停止位置仅由脉冲信号的频率和数量决定，而不受负载变化的影响。这意味着步进电机在速度、位置控制等方面提供了简便的解决方案，因为其仅有周期性误差，没有累积误差。 步进电机的构造主要由定子和转子两部分组成。以5相步进电机为例，转子由两个磁化的部件（如转子1和转子2）和永久磁钢构成，它们沿着轴向磁化，形成N极和S极的交替。定子则包含有线圈的小齿状磁极，通常有10个，对角线上的磁极通过线圈连接，通电后形成相同极性。当电流通过线圈时，对角线的两个磁极成为一个相，5个这样的相构成了5相步进电机。 步进电机的运转原理依赖于励磁，即线圈通电时的状态。例如，当A相励磁时，磁极磁化为S极，吸引转子1的N极小齿并排斥转子2的S极小齿，从而达到平衡。当从A相励磁切换到B相励磁，转子会转动0.72°。通过改变励磁顺序，电机可以按预定角度精确转动。5相步进电机的每次位移量为0.72°，而在高分辨率电机中，位移量减半，为0.36°。这种高精度定位无需额外的传感器，如编码器。 步进电机的主要特性包括： 1. 运行所需的三要素：控制器、驱动器和步进电机。控制器（如PLC、单片机、运动板卡等）产生脉冲信号，驱动器处理这些信号以控制电机。 2. 运行量与脉冲数成正比，速度与脉冲频率成正比，这使得可以通过调整脉冲参数来精确控制电机行为。 3. 步进电机在通电时具有保持力，断电后保持力消失。因此，对于需要停电保持的场合，如升降设备，应选用带电磁刹车的步进电机。 步进电机的使用需要深入理解其基本原理和特性，结合适当的控制系统，才能充分发挥其精准控制的优势。尽管其应用广泛，但正确运用步进电机需要综合机械、电机、电子和计算机等多方面的专业知识。从基础学习起，是掌握步进电机的关键。