1.步進(jìn)電機簡介
步進(jìn)電動機是一種將數(shù)字脈沖信號轉(zhuǎn)換成機械角位移或者線位移的數(shù)模轉(zhuǎn)換元件。在經(jīng)歷了一個大的發(fā)展階段后，目前其發(fā)展趨于平緩。然而，由于電動機的工作原理和其它電動機有很大的差別，具有其它電動機所沒有的特性。因此，沿著小型、高效、低價的方向發(fā)展。
步進(jìn)電動機由此而得名。步進(jìn)電動機的運行是在專用的脈沖電源供電下進(jìn)行的，其轉(zhuǎn)子走過的步數(shù)，或者說轉(zhuǎn)子的角位移量，與輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格成正比。另外，步進(jìn)電動機動態(tài)響應(yīng)快，控制性能好，只要改變輸入脈沖的順序，就能方便地改變其旋轉(zhuǎn)方向。這些特點使得步進(jìn)電動機與其它電動機有很大的差別。因此，步進(jìn)電動機的上述特點，使得由它和驅(qū)動控制器組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既具有較高的控制精度，良好的控制性能，又能穩(wěn)定可靠地工作。因此，在數(shù)字控制系統(tǒng)出現(xiàn)之初，步進(jìn)電動機經(jīng)歷過一個大的發(fā)展階段[3]。
2.步進(jìn)電機的分類
1）永磁式步進(jìn)電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度。
2）反應(yīng)式步進(jìn)電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。
3）混合式步進(jìn)電機是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點，它又分為兩相和五相。兩相步進(jìn)角一般分為1.8度而五相步進(jìn)角一般為0.72度，這種步進(jìn)電機的應(yīng)用最為廣泛。
三相反應(yīng)式步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)如圖所示。定子、轉(zhuǎn)子是用硅鋼片或其他軟磁材料制成的。定子的每對極上都繞有一對繞組，構(gòu)成一相繞組，共三相稱為A、B、C相。
圖2-1三相反應(yīng)式步進(jìn)電機的結(jié)構(gòu)圖
在定子磁極和轉(zhuǎn)子上都開有齒分度相同的小齒，采用適當(dāng)?shù)凝X數(shù)配合，當(dāng)A相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒一一對應(yīng)時，B相磁極的小齒與轉(zhuǎn)子小齒相互錯開1/3齒距，C相則錯開2/3齒距。如圖所示：
步進(jìn)電機的三菱PLC控制
圖2-2A相通電定轉(zhuǎn)子錯開示意圖
電機的位置和速度由繞組通電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系。而方向由繞組通電的順序決定。
2.1.2步進(jìn)電機的基本參數(shù)
1.電機固有步距角
它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號，電機所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，這個步距角可以稱之為“電機固有步距角”，它不一定是電機實際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。
2.步進(jìn)電機的相數(shù)
步進(jìn)電機的相數(shù)是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機。電機相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72°。在沒有細(xì)分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)
動器，則“相數(shù)”將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。
3.保持轉(zhuǎn)矩
保持轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2Nm的步進(jìn)電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2Nm的步進(jìn)電機。
4.鉗制轉(zhuǎn)矩
鉗制轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電機沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。由于反應(yīng)式步進(jìn)電機的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有鉗制轉(zhuǎn)矩。
