步进电机的用途及其特点、优势

在任何类型的运动控制场景应用中，步进电机的使用已经广泛应用在自动化、医疗、机器人等行业中，由此可见，步进电机作为运动控制中的执行元件，需求量是与日俱增的，在各个国民经济领域都有应用。下面谱思带大家了解步进电机的用途及其特点与优势：

一、步进电机的概念及用途

步进电机又称为脉冲电机，基于最基本的电磁铁原理，它是一种可以自由回转的电磁铁，其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是，它接收数字控制信号电脉冲信号并转化成与之相对应的角位移或直线位移，它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件，且步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，在时间上与脉冲同步，因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可获得所需的转角、速度和方向。

由于步进电机是一个把电脉冲转换成离散的机械运动的装置，具有很好的数据控制特性，随着自动控制系统和计算装置的不断发展，在普通旋转电机的基础上产生出多种具有特殊性能的小功率电机，它们在自动控制系统和计算装置中分别作为执行元件、检测元件和解算元件，这类电机统称为控制电机。显然，从基本的电磁感应原理来说，控制电机和普通旋转电机并没有本质上的差别，但普通旋转电机着重于对启动和运行状态的力能指标的要求，而控制电机则着重于特性的高精度和快速响应。

各种控制电机从它们的外表看差不多都是一一个圆柱体，中间有一根转轴，体积一般都比较小，因此控制电机是一种微电机。从它们完成的任务来看，各种控制电机又各不相同，有的用来带动自动控制系统中的机构运动，有的用来量测机械转角或转速，有的可以进行三角函数运算，有的可以进行积分或微分运算等。

各种控制电机的用途和功能尽管不同，但基本上可划分为信号元件和功率元件两大类。凡是用来转换信号的都为信号元件，又称为量测元件；凡是把信号转换成输出功率或把电能转换为机械能的都为功率元件，又称为执行元件。若以电源分类，控制电机有直流和交流步进电机。

一般电机都是连续旋转的，而步进电机则是一步一步转动的，它是由专用电源供给电脉冲，每输入一个电脉冲信号，电机就转动一个角度，步进电机也可以直接输出线位移，每输入个电脉冲信号，电机就走一段直线距离，它可以看成是一种特殊运行方式，步进电机的运动形式与普通匀速旋转的电机有一定的差别，它的运动形式是步进式的，所以称为步进电机，又因其绕组上所加的电源是脉冲电压，有时也称它为脉冲电机。

二、步进电机的种类

• 按运动形式分有旋转式步进电机、直线步进电机和平面步进电机。
• 按运行原理和结构形式分类，步进电机可分为反应式、永磁式和混合式(又称为感应子式)等。
• 按工作方式分类，步进电机可分为功率式和伺服式，前者能直接带动较大的负载，后者仅能带动较小负载。当前最有发展前景的是混合式步进电机。

三、步进电机的特点及优势

①步进电机的角位移量(或直线位移量)与电脉冲数成正比，所以步进电机(或线速度)也与脉冲频率成正比，在步进电机的负载能力范围内，其步距角和转动受电压波动和负载变化的影响，不受环境条件如温度、气压、冲击和操动等影响脉冲频率。
②步进电机控制性能好，通过改变脉冲频率的高低就可以在很大范围内调节的转速(或线速度)，并能快速启动、制动和反转。若用同一领率的脉冲电机时，它们可以同步运行。
③步进电机每转一周都有固定的步数，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会积累，即每一步虽然有误差，但转过一周时，累积误差为零。这些特点使它在完全控制的开环系统中作为伺服元件，并使整个系统大为简化，且又运行可靠；而当采用位置检测装置后，它也可以用于闭环系统中。

如上图以谱思一体化步进电机PMC007系列控制器为例，将谱思PMC007驱动控制器安装于步进电机后盖，可形成开环控制；将谱思PMC007驱动控制器搭配编码器，集成驱动控制于一体的紧凑型安装设计，更实现了编码器内置的全闭环控制，支持CAN/MODBUS总线控制，且可选支持多圈绝对值编码器、单圈绝对值编码器、200-2000CPR增量式编码器，实现步进电机无丢步高精度控制与掉电位置记忆，找零无需传感器，采用封闭式航空接插件，结合高性能密封处理达到IP65级防水，由此在结构与组网等方面提供了极大的优势与便利。
④有些类型的步进电机在停止供电状态下还有定位转矩，有些类型的步进电机后某些相绕组仍保持通电状态，也具有自锁能力，不需要机械制动装置。
⑤步进电机的步距角变动范围较大，在小步距角的情况下，往往可以不加减速器。