技术流购买步进电机，只看这些参数

步进电机是舵机的兄弟，是一款没有积累误差、不使用反馈回路的控制用特种电机。

马兰

认识了舵机之后，第二步就是认识下他的兄弟。舵机最亲的兄弟有两个：伺服电机和步进电机，今天来了解步进电机的风采。

步进电机的历史很老，其实是与电磁铁和柱塞泵同一时期开发的，法国人佛罗曼提出了将电磁铁的吸引力转化为旋转力矩的方法。当时，激磁相的切换用机械凸轮的接触点来完成，成为了步进电机的原型。

步进电机也可称为脉冲电机

步进电机也可称为脉冲电机，是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，作为一种“转化能量”的设备，它把电脉冲转化为角位移。也就是说，通过步进电机，可以操控实现运动。

由于步进电机没有积累误差（精度为100%）的特点，而且不使用反馈回路，就能进行速度控制及定位控制，所以步进电机常常作为一种控制用的特种电机，广泛应用于各种开环控制。

从具体的操作原理也许更能理解这个定义：当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

步进电机工作原理图

简单的原理：

脉冲信号—→步进电机驱动器—→步进电机—→步距角

（接收信号） （驱动）

步进电机的“高级”之处，在于其具体的数据和转动角度可以通过操控。不仅可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；也可以同时通过控制脉冲频率来控制步进电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

之前提到过，因为步进电机没有积累误差的特点，所以被广泛应用。其实，步进电机的特点不止这一点：

1. 1.一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。

2. 2.步进电机外表允许的最高温度。因为步进电机温度过高首先会使步进电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此，步进电机外表允许的最高温度应取决于不同步进电机磁性材料的退磁点。当然，一般情况下，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

3. 3.步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，步进电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

4. 4.步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定速度就无法启动，并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使步进电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（步进电机转速从低速升到高速）。

步进电机在数字化制造时代发挥着重大作用

步进电机这些特点，让其在数字化制造时代发挥着重大的用途。1977年左右，步进电机开始大规模应用，当时，两相步进电机被应用于FDD（floppy disk drive 软盘驱动器）输出轴的驱动上。

现在，步进电机在各个领域的应用都非常的广泛，广泛应用在生产实践的各个领域，包括医疗器械、计量仪器、汽车、游戏机等。

步进电机最大的应用是在数控机床的制造中，因为步进电机不需要a/d转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以被认为是理想的数控机床的执行元件。早期的步进电机输出转矩比较小，无法满足需要，在使用中和液压扭矩放大器一同组成液压脉冲马达。

随着步进电动机技术的发展，步进电机已经能够单独在系统上进行使用，成为了不可替代的执行元件。比如步进电动机用作数控铣床进给伺服机构的驱动电动机，在这个应用中，步进电动机可以同时完成两个工作，其一是传递转矩，其二是传递信息。

步进电机也可以作为数控蜗杆砂轮磨边机同步系统的驱动电动机。除了在数控机床上的应用，步进电机也可以并用在其他的机械上，比如作为自动送料机中的马达，作为通用的软盘驱动器的马达，也可以应用在打印机和绘图仪中。

永磁式步进电机工作原理

现在，市场上现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。

其中，反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度 或15度。

混合式步进电机是指混合了永磁式步进电机和反应式步进电机的优点。它又分为两相步进电机和五相步进电机：两相步进电机步进角一般为1.8度而五相步进电机步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。

虽然全球制造业市场低迷，但是步进马达的应用，却由于行业的规模的增加处于不断增长的态势。目前步进电机市场基本还是日本占据主要位置，如日本的美蓓亚、三洋、松下电机都较为知名。

国内，生产步进电机的厂家的确不少，雷塞电机、宝龙电机、运控电机是国内比较知名的步进电机生产企业，但具有专业技术人员、能够自行开发和研制的厂家还是比较少。

不过好消息就是，现在，原有的国内步进马达生产厂家占全球生产数量1/3的局面有所改变，江浙沪一带的生产厂家数量呈现再度快速上升的局面。同时在珠三角地区，生产厂家的数量也一改前期长期停滞不前的局面，出现了快速的增长。接下来，也将在技术方面继续突进。

步进电机分类

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

那么，如何选购步进电机？懂的人会从这几个参数入手。

1. 步进电机固有步距角：它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，步进电机所转动的角度。步进电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为‘步进电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和步进电机驱动器有关。

2. 步进电机的相数：是指步进电机内部的线圈组数，目前常用的有二相步进电机、三相步进电机、四相步进电机、五相步进电机。步进电机相数不同，其步距角也不同，一般二相步进电机的步距角为0.9°/1.8°、三相步进电机的为0.75°/1.5°、五相步进电机的为0.36°/0.72°。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用步进电机细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在步进电机驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。

3. 保持转矩：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。

4. 启动转矩：是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。

步进电机接线图

简单来说，步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。所以，如何选择最适合自己使用要求的步进电机和步进电机驱动器，具体的流程如下：

第一步：确定步进电机拖动负载所需要的扭矩；

第二步：确定步进电机的最高运行转速；

第三步：参考矩—频特性；

第四步：考虑留有一定的步进电机力矩余量和步进电机转速余量；

需要特别提醒的是，选取时且勿走入只看步进电机力矩这一个指标的误区，也就是说并非步进电机的扭矩越大越好，要和步进电机速度指标一起考虑。

一般情况下，由于混合式步进电机的性能高于反应式步进电机，所以较受欢迎。同时，细分步进电机驱动器能使步进电机驱动器工作在细分状态，所以细分步进电机驱动器一般是首选。