步进电机因其在速度和位置控制精度方面的优异性能而被广泛应用于电机行业。我们将深入分析步进电机的结构、驱动方式、工作原理以及应用中的注意事项。

步进电机是一种特殊的控制电机。它的旋转以一个固定的角度(称为“步进角度”)一步一步地进行。其特点是无累积误差(精度为100%)，因此广泛应用于各种开环控制中。步进电机必须由电子设备驱动。这个装置就是步进电机驱动器，它把控制系统发出的脉冲信号转换成步进电机的角位移，或者每次：控制系统发出一个脉冲信号，步进电机就通过驱动器旋转一个步进角，所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。因此，控制步进脉冲信号的频率可以精确地给电机速度；通过控制步进脉冲的数量，可以精确定位电机。这种线性关系的存在，加上步进电机只有周期误差而没有累积误差等特点。在速度和位置控制领域，用步进电机控制非常简单。

一、步进电机的构造（以五相步进电机为例）

步进电机的结构如下图所示，大致分为定子和转子。转子由转子1、转子2和永磁钢组成。

定子有10个齿状磁极，全部用线圈缠绕。线圈对角线位置的磁极相互连接，电流流动后线圈会被磁化成相同的极性。(比如一个线圈通过电流后，对角的磁极会同化成S极或N极。)对角线上的两极形成一相，由于A相到E相有五相，所以称为五相步进电机。

转子的外环由50个小齿组成，转子1和转子2的小齿在结构上错开1/2节距。因此，转子形成了100个小齿。目前有单加工到100齿的高分辨率转子，所以高分辨率转子有200个小齿。所以可以机械地实现普通步进电机的半步分辨率(需要电气细分)。

二、步进电机工作原理

当电流流过定子绕组时，定子绕组产生矢量磁场。磁场会带动转子旋转一个角度，使转子的一对磁场的方向与定子的方向一致。定子的矢量磁场旋转一个角度时。转子也与磁场成一定角度旋转。每次输入电脉冲，电机都会旋转一个角度向前移动。其输出角位移与输入脉冲数成正比，其转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电顺序，电机就会反转。因此，控制脉冲的数量和频率以及电机各相绕组的通电顺序可以用来控制步进电机的旋转。

三、步进电机的控制

步进电机的基本驱动方式有三种：整步、半步和细分。主要区别在于电机线圈电流的控制精度(即励磁方式)。通常步进电机具有低频振动的特点，通过细分和协调可以提高电机低速运行的平衡性。下面我给大家详细介绍一下：

1、整步驱动

在全步进运行中，同一个步进电机既可以配备全/半步驱动器，也可以配备细分驱动器，但运行效果不同。步进电机驱动器根据脉冲/方向指令循环激励两相步进电机的两个线圈(即给线圈充电设定电流)。该驱动模式的每个脉冲将使电机移动一个基本步进角，即1.80度(标准两相电机的一个圆内有200个步进角)。

2、半步驱动

单相励磁时，电机转轴停在整步位置，驱动器收到下一个脉冲后，励磁另一相，保持原相

来相继处在激磁状态，则电机转轴将移动半个步距角，停在相邻两个整步位置的中间。如此循环地对两相线圈进行单相然后双相激磁步进电机将以每个脉冲0.90度的半步方式转动。和整步方式相比，半步方式具有精度高一倍和低速运行时振动较小的优点，所以实际使用整/半步驱动器时一般选用半步模式。

　　3、细分驱动

　　细分驱动模式具有低速振动极小和定位精度高两大优点。对于有时需要低速运行(即电机转轴有时工作在60rpm以下)或定位精度要求小于0.90度的步进应用中，细分驱动器获得广泛应用。

　　其基本原理是对电机的两个线圈分别按正弦和余弦形的台阶进行精密电流控制，从而使得一个步距角的距离分成若干个细分步完成。例如十六细分的驱动方式可使每圈200标准步的步进电机达到每圈200*16=3200步的运行精度(即0.1125°)。

　　四、应用中的注意点

　　1、步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转，（0.9度时6666PPS)，好在1000-3000PPS(0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。

　　2、步进电机好不使用整步状态，整步状态时振动大。

　　3、转动惯量大的负载应选择大机座号电机。

　　4、电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。

　　5、高精度时，应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少。

　　五、步进电机测试注意点

　　根据国标GB/T 20638-2006，对于步进电机的测试我们一般需要关注反电动势常数、保持转矩、绕组温升、矩角特性测试、牵出转矩、高反转频率等测试。

　　对于反电动势常数的测试，可以采用功率分析仪的测试方法直接在仪器上得出反电动势常数。对于牵出转矩的测试，对于大基座的步进电机，一般采用磁粉制动器和电机测试平台来进行测试，小基座的步进电机采用弹簧秤和绳子的组合方法来测试。MPT电机测试系统目前针对步进电机的测试可以提供整体的测试方案和测试系统，帮助工程师快速完善研发设计的步进电机。