步進電機的基本原理

步進電機作為執行元件，是機電一體化的關鍵產品之一, 廣泛應用在各種自動化控制系統中。隨著微電子和計算機技術的發展，步進電機的需求量與日俱增，在各個國民經濟領域都有應用。
步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（稱為“步距角”），它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機可以作為一種控制用的特種電機，利用其沒有積累誤差（精度為100%）的特點，廣泛應用于各種開環控制。
現在比較常用的步進電機包括反應式步進電機（VR）、永磁式步進電機（PM）、混合式步進電機（HB）和單相式步進電機等。
永磁式步進電機一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為7.5度 或15度；
反應式步進電機一般為三相，可實現大轉矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵磁繞組，利用磁導的變化產生轉矩。
混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優點。它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛，也是本次細分驅動方案所選用的步進電機。
步進電機的一些基本參數：
電機固有步距角：
它表示控制系統每發一個步進脈沖信號，電機所轉動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，如86BYG250A型電機給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時為0.9°、整步工作時為1.8°），這個步距角可以稱之為“電機固有步距角”，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅動器有關。
步進電機的相數：
是指電機內部的線圈組數，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進電機。電機相數不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。在沒有細分驅動器時，用戶主要靠選擇不同相數的步進電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細分驅動器，則‘相數’將變得沒有意義，用戶只需在驅動器上改變細分數，就可以改變步距角。
保持轉矩（HOLDING TORQUE）：
是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的參數之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機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，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數之一。比如，當人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為2N.m的步進電機。
DETENT TORQUE：
是指步進電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉子的力矩。DETENT TORQUE 在國內沒有統一的翻譯方式，容易使大家產生誤解；由于反應式步進電機的轉子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。
步進電機的特征
高精度的定位：
步進電機最大特征即是能夠簡單的做到高精度的定位控制。以5相步進電機為例：其定位基本單位(分辨率)為0.72°(全步級)/0.36°(半步級)，是非常小的；停止定位精度誤差皆在±3分(±0.05°)以內，且無累計誤差，故可達到高精度的定位控制。(步進電機的定位精度是取決于電機本身的機械加工精度)
位置及速度控制：
步進電機在輸入脈沖信號時，可以依輸入的脈沖數做固定角度的回轉進而得到靈活的角度控制(位置控制)，并可得到與該脈沖信號周波數(頻率)成比例的回轉速度。
具定位保持力：
步進電機在停止狀態下(無脈波信號輸入時)，仍具有激磁保持力，故即使不依靠機械式的剎車，也能做到停止位置的保持。
動作靈敏：
步進電機因為加速性能優越,所以可做到瞬時起動、停止、正反轉之快速、頻繁的定位動作。
開回路控制、不必依賴傳感器定位：
步進電機的控制系統構成簡單，不需要速度感應器(ENCODER、轉速發電機)及位置傳感器(SENSOR)，就能以輸入的脈波做速度及位置的控制。也因其屬開回路控制，故最適合于短距離、高頻度、高精度之定位控制的場合下使用。
中低速時具備高轉矩：
步進電機在中低速時具有較大的轉矩，故能夠較同級伺服電機提供更大的扭力輸出。
高信賴性：
使用步進電機裝置與使用離合器、減速機及極限開關等其它裝置相較，步進電機的故障及誤動作少，所以在檢查及保養時也較簡單容易。
小型、高功率：
步進電機體積小、扭力大，盡管于狹窄的空間內，仍可順利做安裝，并提供高轉矩輸出。