有关步进电机的基本知识汇总

　　因为时间问题，本篇只介绍步进电机，下一篇会介绍配套的步进驱动器
　　步进电机是将电脉冲信号转换成角位移或者线位移的开环控制元件，在非超载情况下，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，而不受负载的变化而变化。
　　步进电机是一种作为控制用的特种电机，他的旋转是以固定的角度（称为步距角）一步一步运行的，所以我们在手动旋转转轴时，和普通电机明显不一样，普通电机很平滑的转动，而步进电机转动时跟下台阶一样，一顿一顿的，就是因为步距角的原因；步进电机的运行需要步进控制器来驱动，步进驱动器把控制系统，例如PLC，发出的脉冲信号转化成步进电机的角位移，也就是说，控制系统每发一个脉冲，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角，所以步进电机的转速与脉冲信号的频率正比。因此控制步脉冲信号的频率，就可以对电机精确调速，控制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位；正因为这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而没有累积性的误差的特点，使得在速度和定位等控制领域用步进电机来控制就变的比较简单；
　　结构（五相步进电机）
　　
　　步进电机的结构主要分为定子和转子两个部分，转子由转子1、转子2和永磁铁组成；
　　
　　
　　定子由齿状的磁极，都绕有线圈，与其线圈的对角位置的磁极相互连接，电流流通后，线圈就会被磁化成同一极性，对角线的2个磁极形成一个相，由于A相到E相有5个相位，以此称为5相步进电动机；
　　转子的外圈有50个小齿组成，转子1和转子2的小齿在构造上相互错开二分之一的螺距，由此形成了100个小齿（这个就是电机的分辨率）。
　　
　　工作原理
　　电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该磁场会带动转子旋转一定角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度，转子也随该磁场旋转一个角度。每输入一个脉冲，电机转动给一个角度。电机输出的角位移和输入的电脉冲成正比，输出的转速和输入的脉冲频率成正比。改变绕组的通电顺序，电机就会反转。所以可以通过控制脉冲数量，频率以及电机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动角度、转动速度以及正反转。
　　需要注意的是，在我们使用电机过程中，会发现电机容易发烫，其原因如下：
　　其实无论什么样的电机，内部都有铁芯和绕组。绕组必然有电阻，通电后就会产生损耗，损耗的大小与电阻和电流的平方成正比，这也是我们常说的铜损，若果电流不是标准的直流或者正弦波，还会产生谐波损耗；铁芯有磁滞涡轮效应，在交变的磁场中也会产生损耗，其大小与材质、电流、频率、电压都有关系，这类损耗称为铁损。
　　无论铜损还是铁损都是以发热的形式表现出来，从而影响电机的效率。步进电机一般追求高定位精度和大力矩输出，所以效率比较低，电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速的变化而变化，因此步进电机普遍存在发热情况，如果参数设置的不得当，发热会相当严重，例如电流设置过大，细分设置不合理等；
　　接线方式
　　主要介绍两种接线方式，也是我们常用的两种方式，一种是四相八线制，一种是两相四线制：
　　
　　上图为四相八线制，也就是有四个绕组，需要接8根线
　　
　　上图为两相四线制，也就是电机有两个绕组，四根出线
　　
　　上图也是两相四线，只不过这中两相四线是由四相八线制电机使用串联或并联方式转换过来的。
　　注意不同点：
　　两相步进电机在定子上只有两个绕组，由四根出线，整步为1.8度，半步为0.9度，使用细分驱动器只要对两相绕组的电流通断以及电流方向进行控制即可，而四相步进电机在定子上有四个绕组，八根出线，整步为0.9度，半步为0.45度，但是控制需要对四相绕组进行控制；
　　控制方式
　　步进电机的控制一般分为整步控制，半步控制，细分控制。
　　1、整步控制
　　在整步控制中，通一种步进电机既可以配整步驱动器、半步驱动器，也可以配细分驱动器，但是运行效果不一样，步进电机驱动器按照脉冲/方向指令对两相步进电机的两个线圈循环激磁（激磁：电流通过线圈，激发产生磁场的过程），这种驱动方式的每个脉冲将使电机移动一个基本步距角，即1.80度（标准两相电机的一圈共有200个步距角）。
　　2、半步控制
　　在单相激磁时，电机转轴停至整步位置上，驱动器受到下一个脉冲后，如给另一相激磁且保持原来相继续处于激磁状态，则电机转轴将移动半个步距角，停在相邻两个整步位置的中间。如此循环的对两相线圈进行单相然后双相激磁，步进电机将以每个脉冲0.9度的半步方式转动，和整步相比，精度高，转动时的震动小；
　　3、细分控制
　　细分驱动模式具有低速振动小，定位精度高的优点，也是我们大部分控制所用的控制方式，这种控制需要细分步进驱动器，通过调节细分驱动器上的细分来控制调整步进电机的步距；
　　优缺点
　　1、步进电机一般应用于定位精度不是很高，响应速度要求也不高，最高转速要求也不高的场合，基本上大部分的步进电机的转速在每分钟600-1000转之间。
　　2、扭矩相对于同等功率的伺服电机来讲较大；
　　3、价格便宜。