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一、步进电机的概念
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的开环控制执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号, 它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度( 及步进角) 。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量, 从而达到准确定位的目的; 同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度, 从而达到调速的目的。
二、步进电机的特点
1.步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电, 而是按一定的规律轮流通电。
2.每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。
3.步进电机可以按特定指令进行角度控制, 也可以进行速度控制。角度控制时, 每输入一个脉冲, 定子绕组就换接一次, 输出轴就转过一个角度, 其步数与脉冲数一致, 输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时, 步进电机绕组中送入的是连续脉冲, 各相绕组不断地轮流通电, 步进电机连续动转, 它的转速与脉冲频率成正比。改变通电顺序, 即改变定子磁场旋转方向, 就可以控制电机正转或是反转。
4.步进电机具有自锁能力。当控制脉冲停止输入, 而让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时, 则电机可以保持在固定的位置上,即停在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上, 这样, 步进电机可以实现停车时转子定位。
步进电动机以其显著的特点, 在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高, 步进电机将会在更多的领域得到应用。
三、步进电机控制原理
步进电机是数字控制电机, 它将脉冲信号转变成角位移, 即给一个脉冲信号, 步进电机就转动一个角度, 因此非常适合于单片机控制。步进电机区别于其他控制电机的最大特点是, 它是通过输入脉冲信号来进行控制的, 即电机的总转动角度由输入脉冲数决定, 而电机的转速由脉冲信号频率决定。步进电机的驱动电路根据控制信号工作, 控制信号由单片机产生。其基本原理作用如下:
(1)控制换相顺序通电换相这一过程称为脉冲分配。例如: 三相步进电机的三拍工作方式, 其各相通电顺序为A- B- C- D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制A,B,C, D 相的通断。                                                                          (2)控制步进电机的转向如果给定工作方式正序换相通电, 步进电机正转, 如果按反序通电换相, 则电机就反转。
(3)控制步进电机的速度如果给步进电机发一个控制脉冲, 它就转一步, 再发一个脉冲, 它会再转一步。两个脉冲的间隔越短, 步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率, 就可以对步进电机进行调速。
四、步进电机工作原理
步进电机的工作就是步进转动, 其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或是直线位移, 就是给一个脉冲信号, 电动机转动一个角度或是前进一步。步进电机的角位移量与脉冲数成正比, 它的转速与脉冲频率(f)成正比, 如两相步进电机设定为半步的情况下(电机转一圈400 个脉冲): n=60f/200(转/分)
步进电机是将给定的电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
给一个电脉冲信号, 步进电机转子就转过相应的角度, 这个角度就称作该步进电机的步距角。目前常用步进电机的步距角大多为1.8度( 俗称一步) 或0.9 度( 俗称半步) 。以步距角为0.9 度的进步电机来说, 当我们给步进电机一个电脉冲信号, 步进电机就转过0.9 度; 给两个脉冲信号, 步进电机就转过1.8 度。以此类推, 连续给定脉冲信号,步进电机就可以连续运转。由于电脉冲信号与步进电机转角存在的这种线性关系, 使得步进电机在速度控制、位置控制等方面得到了广泛的应用。
步进电机的使用至少需要三个方面的配合, 一是电脉冲信号发生器, 它按照给定的设置重复为步进电机输送电脉冲信号, 目前这种信号大多数由可编程控制器或单片机来完成; 二是驱动器( 信号放大器) , 它除了对电脉冲信号进行放大、驱动步进电机转动以外, 还可以通过它改善步进电机的使用性能, 事实上它在步进电机系统中起着重要的作用, 一般一种步进电机可以根据不同的工况具有多种驱动器;三是步进电机, 它有多种控制原理和型号, 现在常用的有反式、感应子式、混合式等。
步进电机的速度控制是通过输入的脉冲频率快慢实现的。当发生脉冲的频率减小时, 步进电机的速度就下降; 当频率增加时, 速度就加快。
步进电机的位置控制是靠给定的脉冲数量控制的。给定一个脉冲, 转过一个步距角, 当停止的位置确定以后, 也就决定了步进电机需要给定的脉冲数。
五、步进电机的主要特性
1.步距角。步进电机的步距角是反映步进电机定子绕组的通电状态每改变一次, 转子转过的角度。它是决定步进伺服系统脉冲当量的重要参数。数控机床中常见的反应式步进电机的步距角一般为。步距角越小, 数控机床的控制精度越高。
2.矩角特性、最大静态转矩和启动转矩。矩角特性是步进电机的一个重要特性, 它是指步进电机产生的静态转矩与失调角的变化规律。