（一）反應式步進(jìn)電機原理
由于反應式步進(jìn)電機工作原理比較簡(jiǎn)單。下面先敘述三相反應式步進(jìn)電機原理。
1、結構：
電機轉子均勻分布著(zhù)很多小齒，定子齒有三個(gè)勵磁繞阻，其幾何軸線(xiàn)依次分別與轉子齒軸線(xiàn)錯開(kāi)。0、1/3て、2/3て,（相鄰兩轉子齒軸線(xiàn)間的距離為齒距以て表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開(kāi)1/3て，C與齒3向右錯開(kāi)2/3て，A'與齒5相對齊，（A'就是A，齒5就是齒1）
2、旋轉：
如A相通電，B，C相不通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，齒1與A對齊，（轉子不受任何力以下均同）。
如B相通電，A，C相不通電時(shí)，齒2應與B對齊，此時(shí)轉子向右移過(guò)1/3て，此時(shí)齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移（て-1/3て）=2/3て。
如C相通電，A，B相不通電，齒3應與C對齊，此時(shí)轉子又向右移過(guò)1/3て，此時(shí)齒4與A偏移為1/3て對齊。
如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉子又向右移過(guò)1/3て。
這樣經(jīng)過(guò)A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機轉子向右轉過(guò)一個(gè)齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機就每步（每脈沖）1/3て,向右旋轉。如按A，C，B，A……通電，電機就反轉。
由此可見(jiàn)：電機的位置和速度由導電次數（脈沖數）和頻率成一一對應關(guān)系。而方向由導電順序決定。
不過(guò)，出于對力矩、平穩、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A這種導電狀態(tài)，這樣將原來(lái)每步1/3て改變?yōu)?/6て。甚至于通過(guò)二相電流不同的組合，使其1/3て變?yōu)?/12て，1/24て，這就是電機細分驅動(dòng)的基本理論依據。
不難推出：電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線(xiàn)分別與轉子齒軸線(xiàn)偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且導電按一定的相序電機就能正反轉被控制——這是步進(jìn)電機旋轉的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進(jìn)電機，出于成本等多方面考慮，市場(chǎng)上一般以二、三、四、五相為多。
3、力矩：
電機一旦通電，在定轉子間將產(chǎn)生磁場(chǎng)（磁通量Ф）當轉子與定子錯開(kāi)一定角度產(chǎn)生力 F與（dФ/dθ）成正比
其磁通量Ф=Br*S ；Br為磁密；S為導磁面積 ； F與L*D*Br成正比；L為鐵芯有效長(cháng)度；D為轉子直徑；Br=N·I/RN·I為勵磁繞阻安匝數（電流乘匝數）R為磁阻。
力矩=力*半徑力矩與電機有效體積*安匝數*磁密成正比（只考慮線(xiàn)性狀態(tài)）
因此，電機有效體積越大，勵磁安匝數越大，定轉子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。
（二）感應子式步進(jìn)電機
1、特點(diǎn)：
感應子式步進(jìn)電機與傳統的反應式步進(jìn)電機相比，結構上轉子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場(chǎng)而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉過(guò)程中比較平穩、噪音低、低頻振動(dòng)小。
感應子式步進(jìn)電機某種程度上可以看作是低速同步電機。一個(gè)四相電機可以作四相運行，也可以作二相運行。（必須采用雙極電壓驅動(dòng)），而反應式電機則不能如此。例如：四相，八相運行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運行方式.不難發(fā)現其條件為C=,D=。
一個(gè)二相電機的內部繞組與四相電機完全一致，小功率電機一般直接接為二相，而功率大一點(diǎn)的電機，為了方便使用，靈活改變電機的動(dòng)態(tài)特點(diǎn)，往往將其外部接線(xiàn)為八根引線(xiàn)（四相），這樣使用時(shí)，既可以作四相電機使用，可以作二相電機繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。
2、分類(lèi)
感應子式步進(jìn)電機以相數可分為：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。以機座號（電機外徑）可分為：42BYG(BYG為感應子式步進(jìn)電機代號）、57BYG、86BYG、110BYG、（國際標準），而像70BYG、90BYG、130BYG等均為國內標準。
3、步進(jìn)電機的靜態(tài)指標術(shù)語(yǔ)
相數：產(chǎn)生不同對極N、S磁場(chǎng)的激磁線(xiàn)圈對數，常用m表示。
拍數：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數或導電狀態(tài)用n表示，或指電機轉過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。
步距角：對應一個(gè)脈沖信號，電機轉子轉過(guò)的角位移用θ表示。θ=360度（轉子齒數J*運行拍數），以常規二、四相，轉子齒為50齒電機為例。四拍運行時(shí)步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱(chēng)整步），八拍運行時(shí)步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱(chēng)半步）。
定位轉矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機械誤差造成的）
靜轉矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉運動(dòng)時(shí)，電機轉軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅動(dòng)電壓及驅動(dòng)電源等無(wú)關(guān)。
雖然靜轉矩與電磁激磁安匝數成正比，與定齒轉子間的氣隙有關(guān)，但過(guò)份采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì )造成電機的發(fā)熱及機械噪音。
4、步進(jìn)電機動(dòng)態(tài)指標及術(shù)語(yǔ)
1、步距角精度： 步進(jìn)電機每轉過(guò)一個(gè)步距角的實(shí)際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數其值不同，四拍運行時(shí)應在5%之內，八拍運行時(shí)應在15%以?xún)取?/font>
2、失步： 電機運轉時(shí)運轉的步數，不等于理論上的步數。稱(chēng)之為失步。
3、失調角： 轉子齒軸線(xiàn)偏移定子齒軸線(xiàn)的角度，電機運轉必存在失調角，由失調角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅動(dòng)是不能解決的。
4、最大空載起動(dòng)頻率： 電機在某種驅動(dòng)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(dòng)的最大頻率。
5、最大空載的運行頻率： 電機在某種驅動(dòng)形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉速頻率。
6、運行矩頻特性： 電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線(xiàn)稱(chēng)為運行矩頻特性，這是電機諸多動(dòng)態(tài)曲線(xiàn)中最重要的，也是電機選擇的根本依據。其它特性還有慣頻特性、起動(dòng)頻率特性。
電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動(dòng)態(tài)力矩卻不然，電機的動(dòng)態(tài)力矩取決于電機運行時(shí)的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。
其中，曲線(xiàn)3電流最大、或電壓最高;曲線(xiàn)1電流最小、或電壓最低，曲線(xiàn)與負載的交點(diǎn)為負載的最大速度點(diǎn)。
要使平均電流大，盡可能提高驅動(dòng)電壓，使采用小電感大電流的電機。
7、電機的共振點(diǎn)： 步進(jìn)電機均有固定的共振區域，二、四相感應子式步進(jìn)電機的共振區一般在180-250pps之間（步距角1.8度）或在400pps左右（步距角為0.9度），電機驅動(dòng)電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區向上偏移，反之亦然，為使電機輸出電矩大，不失步和整個(gè)系統的噪音降低，一般工作點(diǎn)均應偏移共振區較多。
8、電機正反轉控制： 當電機繞組通電時(shí)序為AB-BC-CD-DA或()時(shí)為正轉，通電時(shí)序為DA-CA-BC-AB或()時(shí)為反轉。 |
