直流电机与步进电机区别(详细解说)

“ Impossible is nothing ”直流电机与步进电机张晓冬直流 电 机 定义输出或输入为直流电能的旋转电机，称为直流电机，它是能实现直流电能和机械能互相转换的 电机 。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是 直流发电机 ，将机械能转换为电能。直流电机在数控机床、光缆线缆设备、机械加工、印制电路板设备、焊接切割、机车车辆、医疗设备、通讯设备、卫星地面接受系统等行业广泛应用。 按结果主要分为直流电动机和直流发电机；按类型主要分为直流有刷电机和直流无刷电机；直流电机的励磁方式是指对励磁绕组如何供电、产生励磁磁通势而建立主磁场的问题。按励磁方式主要分为他励直流电机、并励直流电机 、 串励直流电机 和 复励直流电机。 直流电机的结构应由定子和转子两大部分组成。直流电机运行时静止不动的部分称为定子，定子的主要作用是产生磁场，由主磁极、换向极、轴承和电刷等组成。运行时转动的部分称为转子，其主要作用是产生电磁转矩和感应电动势，是直流电机进行能量转换的枢纽，所以通常又称为电枢，由转轴、电枢铁心、电枢绕组、换向器等组成。一台直流电机原则上既可以作为电动机运行 ,也可以作为发电机运行 ,这种原理在电机理论中称为可逆原理。当原动机驱动电枢绕组在主磁极 N、 S之间旋转时，电枢绕组上感生出电动势，经电刷、换向器装置整流为直流后，引向外部负载（或电网），对外供电，此时电机作直流发电机运行。如用外部直流电源，经电刷换向器装置将直流电流引向电枢绕组，则此电流与主磁极N.S.产生的磁场互相作用，产生转矩，驱动转子与连接于其上的机械负载工作，此时电机作直流电动机运行。直流 电 机的 调 速 直流电动机的转速 N和其他参量的关系可表示为 N= (Ua- Ia*Ra)/ CE*； 式中 Ua 电枢供电电压（ V）； Ia 电枢电流（ A）； 励磁磁通（ Wb）； Ra 电枢回路总电阻（ ）； CE 电势系数。 可以看出，式中 Ua、 Ra、 三个参量都可以成为变量，只要改变其中一个参量，就可以改变电动机的转速，所以直流电动机有三种基本调速方法： (1)改变电枢回路总电阻Ra； (2)改变电枢供电电压 Ua； (3)改变励磁磁通 。 当分别改变 Ua、 Ra和 时，可以得到不同的转速 N，从而实现对速度的调节。由于 =F(Ia)，当改变励磁电流 Ia 时，可以改变磁通量 的大小，从而达到调速的目的。但由于励磁线圈发热和电动机磁饱和的限制，电动机的励磁电流 Ia和磁通量 只能在低于其额定值的范围内调节，故只能弱磁调速。而对于调节电枢外加电阻 Ra 时，会使机械特性变软，导致电机带负载能力减弱。 所以调速时，改变电枢电压，实现对直流电机速度调节的方法被广泛采用。改变电枢电压可通过多种途径实现，如晶闸管供电速度控制系统、大功率晶体管速度控制系统、直流发电机供电速度控制系统及晶体管直流脉宽调速系统等。 PWM是通 过 控制固定 电压 的直流 电 源开关 频 率，从而改 变负载 两端的 电压 ， 进 而达到控制要求的一种 电压调 整方法。 PWM可以 应 用在许 多方面，如 电 机 调 速、温度控制、 压 力控制等。在 PWM驱动 控制的 调 整系 统 中，按一个固定的 频 率来接通和断开 电 源，并根据需要改 变 一个周期内 “接通 ”和 “断开 ”时间 的 长 短。通 过 改 变 直流 电 机 电 枢上 电压 的 “占空比 ”来改 变 平均 电压 的大小，从而控制 电动 机的 转 速。因此， PWM又被称 为 “开关 驱动 装置 ”。 在脉冲作用下，当电机通电时，速度增加；电机断电时，速度逐渐减少。只要按一定规律，改变通、断电的时间，即可让电机转速得到控制。设电机始终接通电源时，电机转速最大为 Vmax，设占空比为 D=t T，则电机的平均速度为 Vd=VmaxD 式中， Vd 电 机的平均速度； Vmax电 机全通 电时 的速度 (最大 )； D=t1 T占空比。当我 们改 变 占空比 D=t1 T时 ，就可以得到不同的 电 机平均速度 Vd ，从而达到 调 速的目的。在一般 应 用中，可以将平均速度 Vd与占空比 D近似地看成 线 性关系。步进电机 步进电机是机电控制中一种常用的执行机构，在自动化仪表、自动控制、机器人、自动生产流水线等领域的应用相当广泛。它的用途是将电脉冲转化为角位移，通俗的说：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（步进角）。通过控制脉冲个数即可控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时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。 常用的步进电机分三种：永磁式（ PM）、反应式（ VR）和混合式（ HB）。永磁式一般为两相，转矩和体积较小，步进角为 15 和 7.5；反应式一般为三相，可以实现大转矩输出，步进角为 1.5 ，但噪声和震动较大；混合式是指混合了永磁式和反应式的优点，分为两相和五相，步进角分别为 1.8 和 0.72 ，应用最为广泛。 若转子上有 N个齿，则其齿间距=360/N; 步进角度 =转子齿间距 /(2相数 )= /(2P); 以常用的 2相 50齿步进电机为例：=360/50=7.2；=7.2/(22)=1.8;10000010 0100 0001 ( 正转 )10001010 0010 0110 0100 0101 0001 1001( 正转 )1相驱动12相驱动伺服 电 机 伺服电动机又称执行电动机，在自动控制系统中，用作执行元件，把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当