步進(jìn)電機的介紹及工作原理

1.1步進(jìn)電機的介紹

步進(jìn)電機的控制是通過程序產(chǎn)生控制脈沖，驅(qū)動硬件電路。

在不超載的情況下電機的轉(zhuǎn)速和停止位置只取決于脈沖信號的頻率和數(shù)量;

步進(jìn)電機的脈沖與步進(jìn)旋轉(zhuǎn)的角度成正比，脈沖的頻率與步進(jìn)的轉(zhuǎn)速成正比，所以可以很好的從源頭控制信號的輸出;且步進(jìn)電機只有周期性的誤差，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機來控制變的非常的簡單。

1.2工作原理

通常步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一定的角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)步距角。

每輸入一個電脈沖，電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進(jìn)一步。

它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。

改變繞組通電的順序，電機就會反轉(zhuǎn)。

所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)動。

?1.3靜態(tài)指標(biāo)

相數(shù)︰步進(jìn)電機中線圈的組數(shù)，相數(shù)決定步距角，兩相步進(jìn)電機步距角為1.8°，三相的步進(jìn)電機步距角為1.5°，相數(shù)越多的步進(jìn)電機，其步距角就越小。

拍數(shù)︰完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。

步距角:一個脈沖信號所對應(yīng)的電機轉(zhuǎn)動的角度，可以簡單理解為一個脈沖信號驅(qū)動的角度，電機上都有寫，一般42步進(jìn)電機的步距角為1.8°

定位轉(zhuǎn)矩:電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的)。

靜轉(zhuǎn)矩:電機在額定靜態(tài)電壓作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。

1.4動態(tài)指標(biāo)

·步距角精度︰步進(jìn)電機轉(zhuǎn)動一個步距角度的理論值與實際值的誤差。用百分比表示∶誤差/步距角*100%。

·失步:電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。也可以叫做丟步，一般都是因負(fù)載太大或者是頻率過快。

·失調(diào)角︰轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。

·最大空載起動頻率:在不加負(fù)載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。·最大空載的運行頻率:電機不帶負(fù)載的最高轉(zhuǎn)速頻率。

·運行轉(zhuǎn)矩特性︰電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流)，平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。

·電機正反轉(zhuǎn)控制:通過改變通電順序而改變電機的正反轉(zhuǎn)。

1.5主要特點

1.步進(jìn)電機的精度大概為步距角的3-5%，且不會積累

2.步進(jìn)電機的外表允許的最高溫度:一般步進(jìn)電機會因外表溫度過高而產(chǎn)生磁性減小，從而會導(dǎo)致力矩較小，一般來說磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達(dá)攝氏200

度以上，所以步進(jìn)電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。

3.步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)矩與速度成反比，速度越快力矩越小。

4.低速時步進(jìn)電機可以正常啟動，高速時不會啟動，并伴有嘯叫聲。步進(jìn)電機的空載啟動頻率是固定的，如果高于這個頻率電機不能被啟動并且會產(chǎn)生丟步或者堵轉(zhuǎn)。

1.6控制器，驅(qū)動器，步進(jìn)電機之間的關(guān)系

控制器輸出脈沖信號，就可以間接的控制步進(jìn)電機旋轉(zhuǎn)，那么問題來了，控制器都有什么方式來輸出脈沖信號：

兩種方式:

1)利用定時中斷輸出脈沖，但是間隔的延時會影響其他主程序的進(jìn)程，當(dāng)控制多個電機的時候就非常不可取;

2)利用PWM脈寬調(diào)制，并通過主從定時器進(jìn)行設(shè)定，好處是不占用主程序時鐘，且能精準(zhǔn)控制;