【正文】 能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動負載。8. 步進電機只能通過脈沖電源供電才能運行，它不能直接使用交流電源和直流電源。9. 步進電機存在振蕩和失步現(xiàn)象，必須對控制系統(tǒng)和機械負載采取相應的措施。10. 步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。步進電動機以其顯著的特點，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術的發(fā)展以及步進電機本身技術的提高，步進電機將會在更多的領域得到應用。 步進電機的分類現(xiàn)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。1. 反應式步進電機：一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉(zhuǎn)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(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。2. 永磁式步進電機：一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小， 或15度；3. 混合式步進電機：是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相和五相： 。這種步進電機的應用最為廣泛，性能最好。 步進電機的結(jié)構(gòu)及工作原理 結(jié)構(gòu) 步進電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖，步進電機分為轉(zhuǎn)子和定子兩部分：1. 定子：由硅鋼片疊成的，定子上有6大磁極，每2個相對的磁極（Ｎ，S）組成一對，共有3對。定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。 0、1/3π、2/3π,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距以π表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3π，C與齒3向右錯開2/3π，A39。與齒5相對齊，（A39。就是A，齒5就是齒1）。2. 轉(zhuǎn)子：由軟磁材料制成，其外表面也均勻地分布著小齒,與定子上的小齒相同，并且小齒的大小相同，間距相同。 對齒和錯齒 步進電機轉(zhuǎn)子展開圖反應式步進電機的動力來源于電磁力，只有電機存在錯齒現(xiàn)象才能轉(zhuǎn)動。在電磁力的作用下，轉(zhuǎn)子被推動到最大磁導率的位置，定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對齊的位置，并處于平衡狀態(tài)，這種現(xiàn)象被稱為對齒。而對于三相步進電機來說，當某一相得磁極處于最大磁導位置時，另外兩相必須處于非最大磁導位置，即定子和轉(zhuǎn)子不對齊位置，這種現(xiàn)象被稱為錯齒。 工作原理 步進電機三相接線圖，UVW1接電源，分別有三個開關控制，UVW2分別接地。如果給處于錯齒狀態(tài)的相通電，則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，將向磁導率最大（即最小磁阻位置）位置轉(zhuǎn)動，即向趨于對齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動。步進電機是一種感應電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器以反應式步進電機為例：如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。 如B相通電，A，C相不通電時，齒2應與B對齊，此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3π，此時齒3與C偏移為1/3π，齒4與A偏移（π1/3π）=2/3π。 如C相通電，A，B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過1/3π，此時齒4與A偏移為1/3π對齊。 如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3π 這樣經(jīng)過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機就每步（每脈沖）1/3π,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A……通電，電機就反轉(zhuǎn)。 由此可見：電機的位置和速度由導電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應關系。而方向由導電順序決定。 不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用AABBBC－CCAA這種導電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3π改變?yōu)?/6π。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3π變?yōu)?/12π，1/24π，這就是電機細分驅(qū)動的基本理論依據(jù)。 不難推出：電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m……(m1)/m,1。并且導電按一定的相序電機就能正反轉(zhuǎn)被控制——這是旋轉(zhuǎn)的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。 工作方式（三相）1. 單三拍：通電順序為 A174。B174。C ；2. 雙三拍：通電順序為 AB174。BC174。CA ；3. 三相六拍：通電順序為 A174。AB174。B174。BC174。C174。CA 這三種工作方式的區(qū)別，如下表所示： 反應式步進電機三種工作方式的性能比較工作方式單三拍雙三拍六拍步進周期TTT每相通電時間T2T3T走齒周期3T3T6T相電流小較大最大高頻性能差較好較好轉(zhuǎn)矩小中大電磁阻尼小較大較大振蕩容易較容易不容易功耗小大中，六拍的性能最好，單三拍的性能最差，因此，在步進電機的控制應用中，選擇合適的工作方式非常重要，本文主要研究的是三相六拍工作方式。 步進電機的常用術語1. 齒距角：相鄰兩齒中心線間的夾角，通常定子和轉(zhuǎn)子具有相同的齒距角。θz=2π/Z (Z 是轉(zhuǎn)子的齒數(shù))2. 步距角：指每給一個電脈沖信號電動機轉(zhuǎn)子所應轉(zhuǎn)過的角度的理論值。 θb=θz/N = 2π/NZ (N是工作拍數(shù)，Z是轉(zhuǎn)子的齒數(shù))3. 步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應在5%之內(nèi)，八拍運行時應在15%以內(nèi)。4. 失調(diào)角：指轉(zhuǎn)子偏離零位的角度。轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。5. 零位或初始穩(wěn)定平衡位置：指不改變繞組通電狀態(tài)，轉(zhuǎn)子在理想空載狀態(tài)下的平衡位置。6. 最大空載的運行頻率： 電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。7. 最大空載起動頻率： 電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。8. 響應頻率：在某一頻率范圍內(nèi)步進電機可以任意運行而不會丟失一步，則這一最大頻率稱為響應頻率。9. 運行頻率：指拖動一定負載使頻率連續(xù)上升時，步進電機能不失步運行的極限頻率。10. 單步響應：指步進電機在帶電不動的情況下，改變一次脈沖電壓，轉(zhuǎn)子由起動到停止的運動軌跡。 步進電機的振蕩和失步步進電機的振蕩和失步是一種普遍存在的現(xiàn)象，它影響應用系統(tǒng)的正常運行，因此要盡力去避免。 振蕩步進電機的振蕩現(xiàn)象主要發(fā)生于：步進電機工作在低頻區(qū)，步進電機工作在共振區(qū)，步進電機突然停車時。當步進電機工作在低頻區(qū)時，由于勵磁脈沖間隔的時間較長，步進電機表現(xiàn)為單步運行，當勵磁開始時，轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下加速轉(zhuǎn)動，到達平衡點時，電磁驅(qū)動轉(zhuǎn)矩為零，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速最大，由于慣性，轉(zhuǎn)子沖過平衡點，這時電磁力產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子在負轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)速逐漸為零，并開始反向轉(zhuǎn)動。當轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)過平衡點后，電磁力又產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩，迫使轉(zhuǎn)子又正向轉(zhuǎn)動。如此下去，形成轉(zhuǎn)子圍繞平衡點的振蕩。由于有機械摩擦和電磁阻尼的作用，這個振蕩表現(xiàn)為衰弱振蕩，最終穩(wěn)定在平衡點。當步進電機工作在共振區(qū)時，步進電機的脈沖頻率接近步進電機的振蕩頻率fo或振蕩頻率的分頻或倍頻，這會使振蕩加劇，嚴重時造成失步。振蕩失步的過程可描述如下：在第一個脈沖到來后，轉(zhuǎn)子經(jīng)歷了一次振蕩。當轉(zhuǎn)子回擺到最大幅值時，恰好第2個脈沖到來，轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩為負值，使轉(zhuǎn)子繼續(xù)回擺，接著第3個脈沖到來，轉(zhuǎn)子受正電磁轉(zhuǎn)矩的作用回到平衡點，這樣，轉(zhuǎn)子經(jīng)過3個脈沖仍然回到原來位置，也就是丟了三步。當步進電機工作在高頻率區(qū)時，由于換相周期短，轉(zhuǎn)子來不及反沖，同時，繞組中的電流尚未上升到穩(wěn)定值，轉(zhuǎn)子沒有獲得足夠的能量，所以在這個工作區(qū)中不會產(chǎn)生振蕩。減少步距角可以減少振蕩幅值，以達到削弱振蕩的目的。 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)。稱之為失步。步進電機失步的原因有2種:1. 轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速慢于旋轉(zhuǎn)