步进电动机为什么需要驱动电路才能工作

步进电动机概述

步进电动机是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机，这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉冲电动机。

步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合。

步进电机的优点是没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低，步进电动机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低，发热大，有时会“失步”。

步进电动机的分类

1、机电式步进电动机

机电式步进电动机由铁心、线圈、齿轮机构等组成。螺线管线圈通电时将产生磁力，推动其铁心心子运动，通过齿轮机构使输出轴转动一角度，通过抗旋转齿轮使输出转轴保持在新的工作位置;线圈再通电，转轴又转动一角度，依次进行步进运动。

2、磁电式步进电动机

磁电式步进电动机其结构简单，可靠性高，价格低廉，应用广泛。主要有永磁式、磁阻式和混合式。

(1)永磁式步进电动机。其转子有永磁体的磁极，在气隙中产生极性交替磁场，定子由四相绕组组成(见图)。当A相绕组通电时，转子将转向该相绕组所确定的磁场方向。当A相断电、B相绕组被通电励磁时，就产生一个新的磁场方向，这时，转子就转动一角度而位于新的磁场方向上，被励磁相的顺序决定了转子转动方向。若定子励磁的变化太快，转子将不能和定子磁场方向的变化保持一致，转子即失步。起动频率和运行频率较低，是永磁式步进电动机的一个缺点。但永磁式步进电动机消耗功率较小，效率较高。20世纪80年代初，出现了转子是盘式的永磁盘式步进电动机，使步距角及工作频率达到磁阻式步进电动机的水平。

(2)磁阻式步进电动机。其定、转子铁芯的内外表面上设有按一定规律分布的相近齿槽，利用定、转子铁芯齿槽相对位置变化引起磁路磁阻的变化，从而产生转矩。其转子铁芯由硅钢片或软磁材料做成，当定子某相被励磁时，转子将转到使磁路磁阻最小的位置。当另一相被励磁，转子转到另一位置，使磁路磁阻为最小时，电动机就停止转动。这时，转子转过一个步距角θb，即式中N为转子转过一个齿距的运行拍数;ZR为转子齿数。

磁阻式步进电动机结构形式较多。定子铁芯有单段式、多段式;磁路有径向、轴向;绕组相数有三相、四相、五相。磁阻式步进电动机步距角可做到1°～15°，甚至更小，精度容易保证，起动与运行频率较高，但功耗较大，效率较低。

(3)混合式步进电动机。它的定、转子铁芯结构与磁阻式步进电动机相似。转子有永磁体在气隙中产生单极性磁场，此磁场还被转子上软磁材料的齿槽调制。

混合式步进电动机兼有永磁式步进电动机与磁阻式步进电动机两者的优点，电动机步距角小，精度高，工作频率高，且功耗小，效率高。

3、直线式步进电动机

有反应式和索耶式两类。索耶式直线步进电动机由静止部分(称为反应板)和移动部分(称动子)组成。反应板由软磁材料制成，在它上面均匀地开有齿和槽。电机的动子由永久磁铁和两个带线圈的磁极A和B组成。动子是由气垫支承，以消除在移动时的机械摩擦，使电机运行平稳并提高定位精度。这种电机的最高移动速度可达1.5米/秒，加速度可达2g，定位精度可达20多微米。由两台索耶式直线步进电动机相互垂直组装就构成平面电动机。给x方向和y方向两台电机(图3)以不同组合的控制电流，就可以使电机在平面内做任意几何轨迹的运动。大型自动绘图机就是把计算机和平面电动机组合在一起的新型设备。平面电动机也可用于激光剪裁系统，其控制精度和分辨力可达几十微米。

步进电动机工作原理