步进电机产品概述

第一节 产品定义及应用特点

一、产品定义

步进电机又叫脉冲电机，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，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。由于脉冲信号数与步距角的线性关系，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。

步进电机分三种：永磁式（PM），反应式（VR）和混合式（HB）。

二、应用特点

步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。 

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。 

步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。

第二节 步进电机行业发展历程

步进电机是国外发明的。中国在文化大革命中已经生产和应用，例如江苏、浙江、北京、南京、四川都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。中等耐压的大功率半导体器件也完全国产化。 当时应用最多的是线切割机，都是快走丝的。线切割机的X-Y平台丝杆就用步进电动机驱动。当时的图纸是全国公开，给个晒蓝图的费用就行了。

国外在大功率的工业设备驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加速度，绝对速度，系统惯量与最大扭矩比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加电动机编码器整体技术和经济指标高。 一些少数高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。国外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些工业器材，工业生产装备，打印机，复印件，速印机，银行自动柜员机。 

国外用许多现代的手段将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋转编码器，打印机还使用光电编码带或感应编码带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。 

国内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有实力的公司现在也采用交流电动机驱动数控机床，在驱动设备的主要差距，是国外对交流电动机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的控制理论作为软件，写在控制器内部。中国步进电机网概括步进电机的三个发展时期：

八十年代前后时期：我国步进电机产品八十年代以前一直以定子六极转子四十齿的三相磁阻式步进电机为主，另外有定子十极转子一百齿的五相磁阻式步进电机和其它的一些品种。八十年代开始发展的混合式步进电机，则是以定子八极转子五十齿的二相(四相)混合式步进电机为主，一九八七年开始生产定子十极转子五十齿的五相混合式步进电机，同时还发展了一些不同于国外的产品，例如定子八极转子六十个齿的二相(四相)混合式步进电机，转子一百齿的三相、九相混合式步进电机，转子两百齿的五相混合式步进电机等。从上述进程可以看出，步进电机产品种类繁多混杂，对产业的长远发展十分不利。

微步驱动技术突破时期：步进电机属于增量运动控制器件，微步驱动技术快速发展使其分辨率大大提高，已经达到接近连续运动控制器件的状态，步进电机具有了“类伺服”特性。微步驱动技术实际上就是电流波形控制技术，传统的步进电机驱动器仅对相绕组的电流进行通断控制，在转子齿数一定的条件下，只有增加了相数才能增加电机的分辨率，例如五相混合式步进电动机，因为比两相混合式步进电机相数多，分辨率更高，就形成独立的系列产品。而在电流波形控制技术日趋成熟的今天，只须增加两相步进电机电流波形的阶梯数，就可以使分辨率达到与五相步进电机一样的程度，为统一步进电机的相数创造了技术条件。

规格种类趋于简化的新时期：随着步进马达IC技术在高细分、大功率和高集成度方面出现突破，步进电机及驱动器以往生产的很多品种终将趋于淘汰，代之以通用性更强、生产成本更低、控制电路更简单、应用更方便的系列产品。

总的来说，步进电机是一种简易的开环控制，对运用者的要求低，不适合在大功率的场合使用。在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革命后期，就生产了力矩电机，就生产了环形力矩电机，在高品质的控制场合，有时还不能使用步进电机。

第二部分 步进电机行业环境分析

第一节 我国经济发展环境分析

一、2012年经济运行分析

2012年1季度GDP创11个季度新低

国家统计局最新公布的数据显示，一季度GDP同比增长8.1%。

2012年以来，面对复杂严峻的国际环境和国内经济运行出现的新情况新问题，各地区各部门认真贯彻落实中央经济工作会议精神和政府工作报告各项决策部署，坚持稳中求进，国民经济运行缓中趋稳，继续保持适度较快增长。

初步测算，一季度国内生产总值107995亿元，按可比价格计算，同比增长8.1%。分产业看，第一产业增加值6922亿元，同比增长3.8%；第二产业增加值51451亿元，增长9.1%；第三产业增加值49622亿元，增长7.5%。从环比看，一季度国内生产总值增长1.8%。

二、2012年宏观经济展望

世界银行在北京发布了《中国经济季报》，报告看好中国经济逐渐调整增长速度的前景，预测2012年中国GDP增长率为8.2%，高于政府工作报告设定的7.5%的目标。

世界银行的报告指出，周期性疲软将会是近期经济前景的主旋律，预计2012年中国经济增长率为8.2%，2013年为8.6%。随着消费增长的略微放慢以及投资增长的急剧减速，内需将为2012年的经济增长贡献8.4个百分点。

该报告认为，近期关键性的政策挑战是需要力争实现经济软着陆和保持经济增长。主要的风险因素包括高收入经济体的增长乏力且不确定的前景，以及中国房地产市场的修正。

该报告还认为，随着传统的增长动力趋弱，在大约20年的时间内，中国经济增长速度可能会从近期的10%下降到5%，期间还会伴随着重大的结构性转型。工业和投资对GDP的重要性将减弱，而服务业和消费的份额将会升高。中国的长期经济前景取决于能否很好地解决关键的结构性挑战。

第二节 行业相关政策、法规、标准

1、十二五电机系统节能改造工程计划

根据《工业节能“十二五”规划》，针对电机系统运行效率低、系统匹配不合理、调节方式落后等问题，在钢铁、有色金属、石化、化工、轻工等重点领域，加快既有电机系统变频调速改造，优化电机系统控制和运行方式。

重点改造高耗电的中小型电机及风机、泵类系统，严禁落后低效电机的生产、销售和使用。采用变频调速、永磁调速等先进电机调速技术，改善风机、泵类电机系统调节方式，逐步淘汰闸板、阀门等机械节流调节方式，重点对大中型变工况电机系统进行调速改造，提高电机系统运行效率。通过软启动装置、无功补偿装置、计算机自动控制系统等，合理配置能量，实现系统经济运行。以先进的电力电子技术传动方式改造传统的机械传动方式，逐步采用交流调速取代直流调速，采用高新技术改造拖动装置。加快电机系统节能改造步伐，鼓励节能服务公司采用合同能源管理、设备融资租赁等市场化机制推动电机系统节能改造。

到2015 年，电机系统节电率比2010 年提高2-3 个百分点。

2、2011年国家加大补贴力度推广高效电机 

作为“十二五”我国促进节能减排的一项重要举措，财政部、国家发改委2011年4月19日在湖南省湘潭市联合宣布，将通过大力度财政补贴等一系列扶持政策，推动高效节能电机在国内市场的应用。

根据会议确定的补贴标准，2011年我国对购买使用低压高效电机的用户，根据功率档次每千瓦分别补贴58元和31元；对购买使用高压高效电机的用户，每千瓦时补贴26元；对购买使用稀土永磁电机的用户，每千瓦补贴100元。

财政部、国家发改委提出，为加大推广力度，我国将严格能评制度，新上项目必须全部使用高效电机等节能设备和产品；中央财政将采取以奖代补方式，鼓励通过实施节能技术改造、合同能源管理等项目，推广使用高效电机；同时，加大能效节能电机技术研发和产业化示范，完善能效标准，继续做好电机能效标识和节能认证工作。

3、步进电机标准

我国步进电机现行标准列表