探秘步进电动机：原理与应用

步进电动机是伺服系统的执行元件。从原理上讲，步进电动机是一种低速同步电动机，只是由于驱动器的作用，其更加步进化、数字化。开环运行的步进电动机能将数字脉冲输入转换为模拟量输出。闭环运行的步进电动机系统是交流伺服系统的一个重要分支。基于步进电动机的特点，采用直接驱动方式，可以消除存在于传统方式（带减速机构）中的间隙、摩擦等不利因素，增加伺服刚度，从而显著提高伺服系统的终端合成速度和定位的精度。

步进电动机的最早应用是开环系统，这些系统中电流的给定值是事先设定的，不是由外环控制器实时给定的。开环控制使系统存在振荡区，在使用时必须避开振荡点，否则速度波动很大，严重时可能导致失步；同时，启动受到限制，一般要通过控制外加的速度按一定的升速规律实现启动，必须有足够的长的升速过程。这导致它在速度变化率较大的场合受到了限制。另外，抗负载波动的能力较差。如果负载出现冲击转矩，电动机可能失步或堵转，所以一般不能满载运行，必须留有足够的余量，这导致电动机的容量得不到充分应用。开环控制一般无法有效实现功角控制。

步进电动机的闭环控制可以分两类：一类是以现有的驱动器作为开环控制系统为基础，加上控制器和位置传感器构成的闭环控制系统，如图10.28所示。另一类是完全的闭环控制。既由控制器直接控制绕组电流，可能达到更高的性能。本书采用众智达57HZ80-22步进电动机，参数如表10.15所示。

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图10.28　闭环系统结构

表10.15　技术参数