淺談步進電機教學

在機電的教學中，步進電機對學生來說是個難點，因此有必要讓學生了解步進電機常識性的知識。

一、 步進電機概念

步進電機的工作就是步進轉動，其功用是將脈沖電信號變換為相應的角位移或是直線位移，就是給一個脈沖信號，電動機轉動一個角度或是前進一步。步進電機的角位移量與脈沖數成正比，它的轉速與脈沖頻率(f)成正比，如兩相步進電機設定為半步的情況下(電機轉一圈400個脈沖):n=60f/200(轉/分)。

二、 步進電機分類

步進電機可以根據電機結構、驅動架構和步進方式來分類。步進電機的結構有好幾種，包括可變磁阻(variable reluctance)、永磁和混合式永磁(hybrid permanent magnet)。永磁步進電機的成本很低，多半用于價格低廉的消費性產品。混合式步進電機的價格略高，是工業移動控制應用最常見的電機。可變磁阻電機通常有3或5個相位，需要采用不同的驅動電路架構。

三、 步進電機的基本特點

(1)步進電動機工作時每相繞組不是恒定地通電，而是按一定的規律輪流通電。

(2)每輸入一個脈沖電信號轉子轉過的角度稱為步距角。

(3)步進電機可以按特定指令進行角度控制，也可以進行速度控制。角度控制時，每輸入一個脈沖，定子繞組就換接一次，輸出軸就轉過一個角度，其步數與脈沖數一致，輸出軸轉動的角位移量與輸入脈沖成正比。速度控制時，步進電機繞組中送入的是連續脈沖，各相繞組不斷地輪流通電，步進電機連續轉動，它的轉速與脈沖頻率成正比。改變通電順序，即改變定子磁場旋轉方向，就可以控制電機正轉或是反轉。

(4)步進電機具有自鎖能力。當控制脈沖停止輸入，而讓最后一個脈沖控制的繞組繼續通直流電時，則電機可以保持在固定的位置上，即停在最后一個脈沖控制的角位移的終點位置上，這樣，步進電機可以實現停車時轉子定位。

(5)步進電機應用于低速場合——每分鐘轉速不超過1 000轉，(0.9度時6 666PPS)，最好在1 000-3 000PPS(0.9度)間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。

(6)步進電機最好不使用整步狀態，整步狀態時振動大。

(7)由于歷史原因，只有標稱為12V電壓的電機使用12V外，其他電機的電壓值不是驅動電壓伏值，可根據驅動器選擇驅動電壓(建議:57BYG采用直流24V～36V，86BYG采用直流50V，110BYG采用高于直流80V)，當然12伏的電壓除12V恒壓驅動外，也可以采用其他驅動電源，不過要考慮溫升。

(8)轉動慣量大的負載應選擇大機座號電機。

(9)電機在較高速或大慣量負載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速，一是電機不失步，二可以減少噪音的同時可以提高停止的定位精度。

(10)高精度時，應通過機械減速、提高電機速度，或采用高細分數的驅動器來解決，也可以采用五相電機，不過其整個系統的價格較貴，生產廠家少。

(11)電機不應在振動區內工作，如若必須可通過改變電壓、電流或加一些阻尼來解決。

(12)電機在600PPS(0.9度)以下工作，應采用小電流、大電感、低電壓來驅動。

(唐山市豐南區職教中心)