步进电机的原理与使用说明 

目录

一．综述：步进电机的应用

二．了解：两相混合式步进电机工作原理

三．准备：步进电机的型号选择

四．使用：步进电机的控制方法

五．其他

一．步进电机的应用

步进电机是将脉冲信号转换成角位移的开环控制器件，简单来说就是能够按照特定角度以累计旋转方式运动的位置控制型电动机，其工作在正常情况（非过载情况）下时，转过的角度与其接收到的脉冲数量成正比，不受负载大小变化的影响。其转速与单位时间内接收到的脉冲数量成正比，也不受负载大小的影响。

由于存在上述的线性关系，故步进电机可以使用在众多控制领域。其广泛应用于小型数控机床、自动机械、生产线等领域。其结构简单，成本低的特点使其广泛应用。

目前，步进电机虽然广泛应用于工业生产中，但其控制并不能像普通直流电机或交流电机一样，步进电机要控制起来必须由：1、脉冲发生源。2、驱动器。3、步进电机。以上三部分组成，其中涉及到机械、电子、电机、计算机、驱动技术等诸多专业知识，所以用好步进电机并非易事。

目前生产步进电机的厂家多如牛毛，但具备研发能力的企业却并不多，市面上主流的生产厂家诸如：日本三洋、日本美培亚、日本东方、日本信侬、深圳雷塞，还有大量仿制公司存在。步进电机产品按照相数主要有：两相、三相、四相、五相。按照步距角有：1.8°、0.9°、0.72°、0.36°等。按照规格（步进电机规格一般指步进电机端面边长）有：20mm、28mm、35mm、39mm、42mm、57mm、86mm、110mm、130mm、180mm等。按照输出扭矩有0.1N*m--40N*m。以上参数也决定了步进电机的性能，需要根据需求进行选择。常见的步进电机样式如下图1所示：

由于生活中两相混合式步进电机应用更多，故以下介绍主要以两相混合式步进电机为主。

 二．两项混合式步进电机工作原理

两相混合式步进电机结构如下图2所示：共由七部分组成。

其中线圈绕组的绕制方法如图3所示：

由图3可以看出，两相混合式步进电机仅由2根导线绕制而成，分别形成A+,A-,B+,B-四个抽头，故一般两相混合式步进电机有四根导线进行控制，当然，有些步进电机也会将单个绕组的中间端点引出，形成6线步进电机。也有步进电机将单个绕组拆分成两个绕组，形成8线步进电机。如下图4所示：

以上做法可以提供更加灵活的接线选择，但本质上来说，6线、8线步进电机都可以当做两相混合式步进电机来使用，只需找到对应相绕组的两端抽头即可，由于步进电机线圈由两相组成，确定两相对应的抽头则至关重要，一般可以使用万用表电阻200Ω档来测量各线头之间的电阻来确定。还有一种办法就是短路步进电机出线中的两根后，转动电机输出轴，如果发现有较大的负载扭矩，则说明当前短路的两根抽头为一相，另外两根为一相，六线步进电机可以测量电阻值大小来确定出中间抽头，中间抽头一般悬空不使用。

步进电机的旋转过程大致如下图5所示：

两相混合式步进电机一般由四步组成一个循环，正转与反转线圈通电相序正好相反，通过图片会发现，步进电机的旋转的过程本质上就是通电线圈产生电磁场，吸引转子的磁场，转子始终处在磁阻最小的方向上。每一次切换线圈通电方式，步进电机会转过特定的角度，这个角度称之为“步距角”，步距角对于步进电机来说是最重要的参数之一，其直接决定了步进电机的位置控制精度。一般而言，两相混合式步进电机的步距角都为1.8°，这里不在解释其原理，如有兴趣前往以下链接观看视频来了解：https://www.youtube.com/watch?v=eyqwLiowZiU

故之后默认步进电机步距角为1.8°，极个别两相混合式步进电机也存在0.9°步距角的情况，使用时以步进电机说明为准。

三．步进电机型号选择

说到步进电机的选型，使用者主要需要考虑的参数有如下几点：1.步进电机的体积大小。2.步进电机能够提供的驱动扭矩（一般称之为力矩，单位N*m）。3.步进电机的驱动电流。4.步进电机的最大转速。5.步进电机的驱动器。

以下详细说明：

1.   步进电机的体积一般根据设备大小与安装孔位来决定，大的步进电机性能也更强，但质量的转动惯量也越大。要根据实际需求和经验来选择，但是步进电机体积不是决定性参数。一般由负载扭矩便可推算出电机应有的大小。

2.   步进电机的驱动扭矩，一般来说，越大的步进电机扭矩越大，步进电机的驱动有一项一定需要注意，就是负载扭矩一定不能超过电机额定扭矩，否则电机则会出现丢步现象，便无法满足：转过的角度与其接收到的脉冲数量成正比，其转速与单位时间内接收到的脉冲数量成正比。的线性关系，进而无法精确控制设备，造成事故。一般按照经验，39系列步进电机额定扭矩