步进电机的特点及应用

步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。

步进电机又称为脉冲电机，基于最基本的电磁铁原理，它是一种可以自由回转的电磁铁，其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。其原始模型是起源于1830年至1860年间。1870年前后开始以控制为目的的尝试，应用于氢弧灯的电极输送机构中。这被认为是最初的步进电机。1923年，James Weir French发明三相可变磁阻型(Variable reluctance)，此为步进电机前身。二十世纪初，步进电机广泛应用在了电话自动交换机中。由于西方资本主义列强争夺殖民地，步进电机在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中得到了广泛的使用。二十世纪五十年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上，对于数字化的控制变得更为容易。到了八十年代后，由于廉价的微型计算机以多功能的姿态出现，步进电机的控制方式更加灵活多样。

步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是，它接收数字控制信号(电脉冲信号)并转化成与之相对应的角位移或直线位移，它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。而且它可开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量，这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比,其成本明显减低，几乎不必进行系统调整。步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。

我国的步进电机在二十世纪七十年代初开始起步，七十年代中期至八十年代中期为成品发展阶段，新品种和高性能电机不断开发，目前，随着科学技术的发展，特别是永磁材料、半导体技术、计算机技术的发展，使步进电机在众多领域得到了广泛应用。

步进电机控制技术及发展概况作为一种控制用的特种电机，步进电机无法直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源(步进电机驱动器)。在微电子技术，特别计算机技术发展以前，控制器(脉冲信号发生器)完全由硬件实现，控制系统采用单独的元件或者集成电路组成控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路。这就使得需要针对不同的电机开发不同的驱动器，开发难度和开发成本都很高，控制难度较大，限制了步进电机的推广。

由于步进电机是一个把电脉冲转换成离散的机械运动的装置，具有很好的数据控制特性，因此，计算机成为步进电机的理想驱动源，随着微电子和计算机技术的发展，软硬件结合的控制方式成为了主流，即通过程序产生控制脉冲,驱动硬件电路。单片机通过软件来控制步进电机，更好地挖掘出了电机的潜力。因此，用单片机控制步进电机已经成为了一种必然的趋势，也符合数字化的时代趋势。

步进电机是一种开环控制的电机，是利用脉冲控制信号使其转为位移的一种能够精细控制位移的电机，由于很多有细分功能，因此能够实现很小的步进角位移，控制精度高，这是步进电机独有的优势，我们经常看到步进电机都是在短距离运行，但是来回工作却是很频繁，因此步进电机不适合于长期同一个方向转动。

步进电机应用特点1、步进电机运行时候表面温度很高，但是并不影响其使用，因为内部磁性材料原因;

2、驱动信号驱动信号必须是脉冲信号，并且不需要反馈信号，即所谓的开环控制;

3、改变脉冲的变换顺序可以改变步进电机转动方向;

4、步进电机速度不宜过快，不适合于高速场合;

5、一般的步进电机的精度是步进角的3-5%左右;

6、步进电机具有良好的急停以及反转特性，是其他电机无法比拟的;

7、选择步进电机时候，原则上是先选电机后选驱动器，转动惯量大就用大一点的步进电机;

8、步进电机与整机配合一起有时候会产生共振现象，这是它的缺点之一，因此在避开此工作点，可以改变电压或者电流等来解决;

步进电机作为电子工业常见的电机驱动方式之一，也是小白初学电机首先接触到的电机，虽然进阶学习基本上是以伺服电机为主，但不可否认地是，步进电机有诸多优势，可以应用在部分领域，所以本文将盘点步进电机的优缺点及应用领域。

1、步进电机的优缺点

优点：

①电机旋转的角度正比于脉冲数;

②电机停转的时候具有最大的转矩(当绕组激磁时);

③由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性;

④优秀的起停和反转响应;

⑤由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命;

⑥电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单且可控制成本;

⑦仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速地同步旋转;

⑧由于速度正比于脉冲频率，因而有较宽的转速范围。

缺点：

①如果控制不当容易产生共振现象;

②难以运转到较高的转速;

③难以获得较大的转矩;

④在体积重量方面没有优势，能源利用率低;

⑤超过负载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和噪声。

2、步进电机的应用领域

①不仅电极必须加驱动才可以运转，驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲时，步进电机将静止。如果加入适当的脉冲信号，将以一定的角度(称为步进角)，转动的速度和脉冲的频率成正比。

②腾龙版步进电机的步进角度为7.5度，一圈360度，需要48个脉冲完成。

③步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。

④改变脉冲的顺序，可以方便地改变转动的方向。

因此，目前打印机、绘图仪、机器人等设备都以步进电机为动力核心。