步进电动机的工作原理是什么,步进电动机的分类及其主要特点有哪些

  步进电动机又称脉冲电动机，是将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电执行元件。使用多相步进电动机时，单路电脉冲信号可通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，经功率放大后分别送人步进电动机各相绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子就会转过一个角度，这个角度称为步距角。步进电动机结构如图2.18所示，步进电动机原理结构如图2.19所示。

  步进电动机的分类为①按照转矩产生原理分类反应式、永磁式、混合式②按照定子数目分类单定子、双定子、多定子③按照定子励磁相数分类三相、四相、五相、六相④按照各相绕组的分布规律分类∶垂轴式、顺轴式。

  常用的步进电动机中比较如下①反应式步进电动机采用高导磁材料构成齿状转子和定子，定子上嵌有线圈，其结构简单，生产成本低，步距角可以做得相当小，但动态性能相对较差。由于定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力。②永磁式步进电动机转子采用永久磁铁，定子采用软磁钢制成，绕组轮流通电，建立的磁场与永久磁铁的恒定磁场相互吸引与排斥产生转矩，它的出力大，动态性能好。由于转子磁铁的磁化间距受到限制，难于制造，故步距角较大。由于采用了永久磁铁，即使定子绕组断电也能保持一定转矩。永磁式步进电动机励磁功率小、效率高、造价便宜、需要量大。③混合式步进电动机是永磁式步进电动机和反应式步进电动机的复合体，其转子采用齿状的稀土永磁材料，定子为齿状的突起结构，其综合了反应式和永磁式两者的优点，步距角小，出力大，效率高，动态性能好，是性能较好的步进电动机。

  对于步进电动机，转子的角位移及转速分别与输入脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步。因此，控制输入脉冲数可以控制机械位移，控制输入脉冲的频率就可以控制电动机转速，另外，控制定子绕组的通电顺序可以控制电动机的转动方向，这些都易于用微机实现数字控制。

  步进电动机的特点是可以用数字信号直接进行开环控制，使得整个运动控制系统简单、廉价。由于位移与输入脉冲数相对应，步距误差不长期积累，可以组成结构较为简单又具有一定精度的开环控制系统，在要求高精度的时候，也可以组成闭环控制系统。此外，由于无刷结构，电动机本体部件少，不需要保养，可靠性高易于起动、停止，正反转及速度响应性好停止时可保持转矩，有自锁能力步距角可在大范围内选择，在小步距情况下，通常可以在超低转速下高转矩稳定运行，通常也可以不经减速器直接驱动负载速度可在相当宽的范围内平滑调节，同时用一台控制器控制几台步进电动机，并使它们完全同步运行。但是，步进电动机带惯性负载能力较差，由于存在失步和共振，步进电动机的加减速方法根据利用状态的不同而复杂化，超载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和噪声。

  步进电动机选型时主要参考的性能指标为①最大静转矩它表示了步进电动机承受负载的能力。最大静转矩越大，其带负载能力越强，运行的快速性及稳定性也越好②空载起动频率是衡量步进电动机快速性能的重要技术数据，如果脉冲频率高于该值，电动机不能正常起动③起动矩频特性起动频率随负载转矩下降的关系曲线称为起动矩频特性④空载运行频率⑤矩频特性是衡量步进电动机运转时承载能力的动态性能指标⑥静态步距误差空载时，以单脉冲输入，步进电动机的实际步距角与理论步距角之差，称为静态步距误差。