步進電動機概念及其工作原理

步進電動機是一種將脈沖信號變換成相應的角位移(或線位移)的電磁裝置，是一種特殊的電動機。一般電動機都是連續轉動的，而步進電動機則有定位和運轉兩種基本狀態，當有脈沖輸入肘步進電動機一步一步地轉動，每給它一個脈沖信號，它就轉過一定的角度。步進電動機的角位移量和輸入脈沖的個數嚴格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數量、頻率及電動機繞組通電的相序，便可獲得所需的轉角、轉速及轉動方向。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉子保持原有位置處于定位狀態。 步進電動機按其輸出轉矩的大小來分，可以分為快速步進電動機和功率步進電動機。快速步進電動機連續工作頻率高而輸出轉矩較小，一般在N·cm級，可以作為控制小型精密機床的工作臺(例線切割機床)也可以和液壓轉矩放大器組成電液脈沖馬達去驅動數控機床的工作臺，而功率步進電動機的輸出轉矩就比較大是N·m級的，可以直接去驅動機床的移動部件。 步進電動機按其勵磁相數，可以分為三相、四相、五相、六相甚至八相。一般來說隨著相數的增加，在相同頻率的情況下，每相導通電流的時間增加，各相平均電流會高些，從而使電動機的轉速—轉矩特性會好些，步距角亦小。但是隨著相數的增加，電動機的尺寸就增加，結構亦復雜，目前多用3～6相的步進電動機。 由于步進電動機的轉速隨著輸入脈沖頻率變化而變化，調速范圍很廣，靈敏度高，輸出轉角能夠控制，而且輸出精度較高，又能實現同步控制，所以廣泛地使用在開環系統中，也還可用在一般通用機床上，提高進給機構的自動化水平。 步進電動機按其工作原理來分，主要有磁電式和反應式兩大類，這里只介紹常用的反應式步進電動機的工作原理，現用下圖的步進電動機的簡化圖來加以說明。
在電動機定子上有A、B、C三對磁極，磁極上繞有線圈，分別稱之為A相、B相和C相，而轉子則是一個帶齒的鐵心，這種步進電動機稱之為三相步進電動機。如果在線圈中通以直流電，就會產生磁場，當A、B、C三個磁極的線圈依次輪流通電，則A、B、C三對磁極就依次輪流產生磁場吸引轉子轉動。 首先有一相線圈(設為A相)通電，則轉子1、3兩齒被磁極A吸住，轉子就停留在圖5—5a的位置上。然后，A相斷電，6相通電，則磁極A的磁場消失磁極B產生了磁場，磁極召的磁場把離它最近的2、4兩齒吸引過去，停止在圖b的位置上，這時轉子逆時針轉了30°。再接下去B相斷電，C相通電。根據同樣道理，轉子又逆時針轉了30°，停止在圖c的位置上。若再A相通電，C相斷開，那么轉子再逆轉30°，使磁極A的磁場把2、4兩個齒吸住。定子各相輪流通電一次轉子轉過一個齒。這樣按A→B→C→A→B→C→A→…次序輪流通電，步進電動機就一步一步地按逆時針方向旋轉。通電線圈每轉換一次，步進電動機旋轉30°，我們把步進電動機每步轉過的角度稱之為步距角。如果把步進電動機通電線圈轉換的次序倒過來換成A→C→B→A→C→B→…的順序，則步進電動機將按順時針方向旋轉，所以要改變步進電動機的旋轉方向可以在任何一相通電時進行。