1 步进电机原理及使用说明
一、前言
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，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。
目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。仅仅处于一种盲目的仿制阶段。这就给用户在产品选型、使用中造成许多麻烦。 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的一种开环线性执行元件，具有无累积误差、成本低、控制简单特点。产品从相数上分有二、三、四、五相，从步距角上分有0.9°/1.8°、0.36°/0.72°，从规格上分有口42~φ130，从静力矩上分有0.1N·M~40N·M。
签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。叙述其基本工作原理。望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。
二、感应子式步进电机工作原理
（一）反应式步进电机原理
由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。
1、结构：
电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。
0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图： 2
什么是步进电机？步进电机的基本参数、结构及其原理，步进电机的特点特性
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进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。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；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。
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。
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；
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。
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为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。
步进电机的结构及其原理步进电机是一种同步电机，其结构同其它电机一样，由定子和转子组成，定子为激磁场，其激磁磁场为脉冲式，即磁场以一定频率步进式旋转，转子则随磁场一步一步前进。步进电机主要有 反应式、电磁式、永磁式几种。下面以反应式步进电机为例，来讨论其工作原理：
步进电机由转子和定子两部分组成。转子和定子均由带齿的硅钢片叠成。定子上有绕组分为若干相，每相磁极上有极齿。当某相定子绕组通以直流电压激磁后，便吸引转子，使转子上的齿与该相定子的齿对齐，令转子转动一定的角度，依次向定子绕组轮流激磁，会使
基于PLC的步进电机加减速运行设计
摘要：步进电机属于一种把电脉冲转换成为角位移形式的电子器件，其能够通过控制脉冲的个数来相应地控制角位移量，进而可以达到有效的准确定位目的，同时控制脉冲频率可以对电机转动的速度与加速度参数进行有效的控制，从而可以达到加减速的控制目的。
关键词：步进电机；PLC；加减速
1.引言
步进电机在数字控制系统当中属于一种执行功能的电动机，其可以有效地改变输入脉冲的个数从而相应地控制步进电动机转子机械位移参数的大小变化，通过改变输入脉冲相应的通电相序，可以有效地控制步进电动机转子机械位移变化量的方向，有利于达到方向位置的控制目的。目前阶段在世界范围内主要的PLC厂家所生产制造的PLC都具有专门形式的步进电机控制指令，能够非常方便地与步进电机搭建成有效的运动控制系统。PLC需要与步进电机配合达到特定的运动控制目标，同时需要在PLC内部实行一系列的设置或者编写一定功能的控制程序[1]。
2.硬件的设计
2.1.PLC的选取
本文的设计研究中PLC需要与步进电机配合达到特定的运动控制目的，在PLC系统内部进行一定的设置并且编写一定功能的控制程序。由于步进电机的控制需要使用高速脉冲进行控制，因此PLC应当是可以输出高速脉冲的晶体管输出形式，然而不能够使用继电器输出形式的PLC对步进电机进行控制，因为这种设计对于PLC系统的要求并不会显得太高，输入/输出点所需要使用的并不多，控制程序量较少，因此选择西门子S7-200CPU226型号的PLC就能够满足具体的要求。西门子S7系列的PLC具有体积小、速度高与标准化等优点，具备网络通信能力，可靠性较高[2]。
2.2.步进电机的选取
在选取步进电动机时需要考虑的主要是步进电动机的型号，根据实际的系统要求，需要确定步进电动机相应的电压值、电流值与有无定位转矩以及使用螺栓机构的具体定位装置，进而就能够更好地确定步进电动机的相数与拍数，本文的设计所选取的步进电机是57BYG250C型号，其具体的数据参数如表1所示。
1.步距误差
是指空载时实测的步距角与理论的步距角之差。它反映了步进电动机角位移的精度。
国产步进电动机的步距误差一般在±10′～±30′范围内，精度较高的步进电动机可达±2′～±5′。
2.最大静转矩
是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状态时，所能承受的最大外加转矩，亦即所能输出的最大电磁转矩。它反映了步进电动机的制动能力和低速步进运行时的负载能力。
3.启动矩频特性
是指步进电动机在有外加负载转矩时，不失步地正常启动所能接受的最大阶跃输入脉冲频率（又称启动频率）与负载转矩的对应关系。
4.启动惯频特性
是指步进电动机带动纯惯性负载启动时，启动频率与转动惯量之间的关系。
5.运行矩频特性
是指步进电动机运行时，输出转矩与输入脉冲频率的关系。选用步进电动机时，应使实际应用的运行频率与负载转矩所对应的运行工作点位于运行矩频特性之下，才能保证步进电动机不失步地正常运行。
6.步进运行和低频振荡
当输入脉冲频率很低时，脉冲周期如大于步进电动机的过渡过程时间，步进电动机就会处于一步一停的运行状态，这种运行状态称为步进运行。步进电动机都有一较低的固有频率，当步进运行频率或低速运行频率与该固有频率相等或接近时，就会产生共振，使步进电动机振荡不前，这种现象称为低频振荡。
避免低频振荡的现象发生采用的方法：
一种是使运行频率避开固有频率，二是前一方法不允许时，可通过调节步进电动机上的阻尼器来改变固有频率。
7.最大相电压和最大相电流
分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的最大电源电压和流过的最大电流。
