步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。作为电力人对步进电机的也不能仅限于认识而已，应该深入了解它的结构、基本原理以及应用，接下来小七将从三个方面带大家全面认识步进电机。
01什么是步进电机
步进电机是一种直接将电脉冲转化为机械运动的机电装置， 通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、 频率和数量， 可以实现对步进电机的转向、 速度和旋转角度的控制。在不借助带位置感应的闭环反馈控制系统的情况下、 使用步进电机与其配套的驱动器共同组成的控制简便、 低成本的开环控制系统， 就可以实现精确的位置和速度控制。
工作原理：
步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号， 通过其内部的逻辑电路， 控制步进电机的绕组以一定的时序正向或反向通电， 使得电机正向/反向旋转， 或者锁定。
以1.8度两相步进电机为例：当两相绕组都通电励磁时， 电机输出轴将静止并锁定位置。在额定电流下使电机保持锁定的最大力矩为保持力矩。如果其中一相绕组的电流发生了变向， 则电机将顺着一个既定方向旋转一步（ 1.8度）。
同理， 如果是另外一项绕组的电流发生了变向， 则电机将顺着与前者相反的方向旋转一步（ 1.8度）。当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时， 则电机会顺着既定的方向实现连续旋转步进， 运行精度非常高。对于1.8度两相步进电机旋转一周需200步。
两相步进电机有两种绕组形式：双极性和单极性。双极性电机每相上只有一个绕组线圈， 电机连续旋转时电流要在同一线圈内依次变向励磁， 驱动电路设计上需要八个电子开关进行顺序切换。
单极性电机每相上有两个极性相反的绕组线圈， 电机连续旋转时只要交替对同一相上的两个绕组线圈进行通电励磁。驱动电路设计上只需要四个电子开关。在双极性驱动模式下， 因为每相的绕组线圈为100%励磁， 所以双极性驱动模式下电机的输出力矩比单极性驱动模式下提高了约40%。
02加速/减速运动控制
当电机运行频率点在速度-力矩曲线的连续运行区域内时， 如何缩短电机启动或停止时的加速或减速时间， 使电机更长时间地运行在最佳速度状态， 从而提高电机的有效运行时间是非常关键的。
步进电机的动态力矩特性曲线， 低速运行时曲线为水平直线状态； 高速运行时， 由于受到电感的影响， 曲线发生了指数下降。
03振动与噪音
一般来讲， 步进电机在空载运行情况下， 当电机的运行频率接近或等于电机转子的固有频率时会发生共振，严重的会发生失步现象。
针对共振的几种解决方案:
A. 避开振动区：使电机的工作频率不落在振动范围内
B. 采用细分的驱动模式：使用微步驱动模式， 将原来的一步细分为多步运行， 提高电机的每步分辨率， 从而降低振动。这可以通过调整电机的相电流比来实现的。微步并不会增加步距角精确度， 却能使电机运行更加平稳， 噪音更小。一般电机在半步运行时， 力矩会比整步时小15%， 而采用正弦波电流控制时， 力矩将减小30%。
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