步进电机的基本结构和工作原理

1.永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度。

2.反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。

3.混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相。两相步进角一般分 为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。

基本结构和工作原理

三相反应式步进电机 的结构如图所示

定子、转子是用硅钢 片或其他软磁材料制 成的。定子的每对极 上都绕有一对绕组， 构成一相绕组，共三 相称为A、B、C三相。

在定子磁极和转子上都开有齿分度相同的 小齿，采用适当的齿数配合，当A相磁极的小齿与转子小齿一一对应时，B相磁极的小齿与转子小齿相互错开1/3齿距，C相则错开2/3齿距。如图所示

上图中，A相绕组与齿1、5一一对应，而此时B相绕组与齿2错开1/3齿距，而与齿3错开2/3齿距，C相绕组与齿3错开2/3齿距，而与齿4错开1/3齿距。

电机的位置和速度由绕组通电次数（脉冲 数）和频率成一一对应关系。而方向由绕 组通电的顺序决定。

步进电机的基本参数主要有以下内容

1．电机固有步距角

2．步进电机的相数

3．保持转矩（HOLDING TORQUE）

4．钳制转矩（DETENT TORQUE）

电机固有步距角

它表示控制系统每发一个步进脉冲信号， 电机所转动的角度。电机出厂时给出了一 个步距角的值，这个步距角可以称之为“电机固有步距角”，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器 有关。

步进电机的相数

步进电机的相数是指电机内部的线圈组数，目前 常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电 机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的 步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的 步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细 分驱动器，则“相数”将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

保持转矩（HOLDING TORQUE）

保持转矩是指步进电机通电但没有转动 时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机 最重要的参数之一，通常步进电机在低速 时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的 输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出 功率也随速度的增大而变化，所以保持转 矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之 一。比如，当人们说2N.m的步进电机， 在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为 2N.m的步进电机。

钳制转矩（DETENT TORQUE）

钳制转矩是指步进电机没有通电的情况 下，定子锁住转子的力矩。由于反应式步 进电机的转子不是永磁材料，所以它没有 DETENT TORQUE。

步进电机主要有以下特点：

1.一般步进电机的精度为步进角的3- 5%，且不累积。

2.步进电机外表允许的最高温度取决于不同电机磁性材料的退磁点。 步进电机温度过高时会使电机的磁性材料 退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因 此电机外表允许的最高温度应取决于不同 电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性 材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

3.步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感 将形成一个反向电动势；频率越高，反向 电动势越大。在它的作用下，电机随频率 （或速度）的增大而相电流减小，从而导 致力矩下降。

4.步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。 步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步 进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率， 如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可 能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频 率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频 率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一 定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升 到高速）。