步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執(zhí)行機構。通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點，廣泛應用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、傳真機等。

選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。

選擇步進電機時，應使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導程，二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。

選擇功率步進電機時，應當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。

選擇步進電機需要進行以下計算：

（1）計算齒輪的減速比根據(jù)所要求脈沖當量，齒輪減速比i計算如下:

i=(φ.S)/(360.Δ)　(1-1) 　　　　　式中φ -步進電機的步距角（o/脈沖） S -絲桿螺距（mm)Δ-(mm/脈沖）

（2）計算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機軸上的慣量Jt。

Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2]（1-2） 　　　　式中Jt-折算至電機軸上的慣量(Kg.cm.s2)

　J1、J2 -齒輪慣量(Kg.cm.s2) 　Js-絲桿慣量(Kg.cm.s2)　 W-工作臺重量（N） 　S-絲桿螺距（cm）

（3）計算電機輸出的總力矩M

M=Ma+Mf+Mt（1-3）

Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 （1-4）

式中Ma-電機啟動加速力矩（N.m) 　Jm、Jt-電機自身慣量與負載慣量(Kg.cm.s2) n-電機所需達到的轉速（r/min）

T 電機升速時間（s）

Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2（1-5） 　　　Mf-導軌摩擦折算至電機的轉矩（N.m)　 u-摩擦系數(shù) 　η-傳遞效率

Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2（1-6）　　　　Mt-切削力折算至電機力矩（N.m) 　　　Pt-最大切削力（N）

（4）負載起動頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機的啟動頻率與負載轉矩和慣量有很大關系，其估算公式為

fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml）÷(1+Jt/Jm)] 1/2 （1-7） 式中fq 帶載起動頻率（Hz）fq0 空載起動頻率

　Ml 起動頻率下由矩頻特性決定的電機輸出力矩（N.m) 若負載參數(shù)無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進行估算.

（5）運行的最高頻率與升速時間的計算。由于電機的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率時，由矩頻特性的輸出力矩應能驅動負載，并留有足夠的余量。

（6）負載力矩和最大靜力矩Mmax。負載力矩可按式（1-5）和式（1-6）計算，電機在最大進給速度時，由矩頻特性決定的電機輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來說，Mf與Mt之和應小于（0.2 ～0.4）Mmax。

步進電機分三種：永磁式（PM）、反應式（VR）和混合式（HB）。永磁式步進一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度；反應式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大，在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點，它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為0.72度，山洋步進電機均為這種步進電機。

保持轉矩（HOLDING TORQUE）是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉矩為2N.m的步進電機。

步進電機精度為步進角的3-5%， 只有周期性的誤差，且不累積。

步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。

當步進電機轉動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。

步進電機低速時可以正常運轉,但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲，步進電機有一個技術參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉速從低速升到高速）。

步進電機低速轉動時振動和噪聲大是其固有的缺點，一般可采用以下方案來克服：

A.如步進電機正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比等機械傳動避開共振區(qū)；

B.采用帶有細分功能的驅動器，這是最常用的、最簡便的方法；

C.換成步距角更小的步進電機，如三相或五相步進電機；

D.換成交流伺服電機，幾乎可以完全克服震動和噪聲，但成本較高；

E.在電機軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產(chǎn)品，但機械結構改變較大。

步進電機的細分技術實質上是一種電子阻尼技術（請參考有關文獻），其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉精度只是細分技術的一個附帶功能。比如對于步進角為1.8° 的兩相混合式步進電機，如果細分驅動器的細分數(shù)設置為4，那么電機的運轉分辨率為每個脈沖0.45°，電機的精度能否達到或接近0.45°，還取決于細分驅動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅動器精度可能差別很大；細分數(shù)越大精度越難控制。

A.電壓的確定：混合式步進電機驅動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍（比如PMM-BD-5702的供電電壓為24～36VDC），電源電壓通常根據(jù)電機的工作轉速和響應要求來選擇。如果電機工作轉速較高或響應要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過驅動器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅動器。

B.電流的確定：供電電源電流一般根據(jù)驅動器的輸出相電流I來確定。如果采用線性電源，電源電流一般可取I 的1.1～1.3倍；如果采用開關電源，電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。

當脫機信號FREE為低電平時，驅動器輸出到電機的電流被切斷，電機轉子處于自由狀態(tài)（脫機狀態(tài)）。在有些自動化設備中，如果在驅動器不斷電的情況下要求直接轉動電機軸（手動方式），就可以將FREE信號置低，使電機脫機，進行手動操作或調節(jié)。手動完成后，再將FREE信號置高，以繼續(xù)自動控制。

只需將電機與驅動器接線的A+和A-（或者B+和B-）對調即可。