步进电机原理图
步进电机-课件
2023年11月10日
第29页
§11.3 步进电动机
①运行矩频特性
2023年11月10日
矩频特性---电机连续转动
时所产生的最大输出转矩T与f
两者间的关系。
当控制脉冲频率增加，电 机转速升高时，步进电动机所 能带动的最大负载转矩值将逐 步下降。主要原因是定子绕组 电感的影响。因步进电机每相 绕组是线圈，而电感有延缓电 流变化的特性。
2023年11月10日
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§11.3 步进电动机
A相通电时定、 转子齿的相对位置
A、 B两相通电时定、 转子齿的相对位置
2023年11月10日
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§11.3 步进电动机
3、基本特点 (1) 步进电动机工作时，每相绕组由专门驱动电源通过
“环形分配器”按一定规律轮流通电。如三相双三拍运行的 环形分配器输入是一路，输出有A、B、C三路。若开始是A、 B这两路有电压，输入一个控制脉冲后就变成B、C这两路有 电压，再输入一个脉冲变成C、A这两路有电压，再输入一 个电脉冲变成A、B这两路有电压了。环形分配器输出的各 路脉冲电压信号，经过各自的放大器放大后送入步进电动机 的各相绕组，使步进电动机一步步转动。
2023年11月10日
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§11.3 步进电动机
电 路 图
三相双三拍 运行各相控 制电压波形 控制方框图
2023年11月10日
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§11.3 步进电动机
(2)步距角--每输入一个脉冲电信号转子转过的角度，用
θb表示。当电机按四相单四拍运行--A-B-C-D-A…… 顺序
通电时，换接一次绕组，转子转过的角度为1/4齿距角；转 子需要走4步，才转过一个齿距角。当四相八拍运行--AAB-B-BC-C-CD-D-DA……顺序通电时，换接一次绕组， 转子转过的角度为1/8齿距角；转子需要走8步才转过一个
步进电机优秀PPT文档
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4
齿和B、B´ 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子 再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。
这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为 一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲， 所以称为三相单三拍工作方式。
按AB C A ……的顺序给三相绕组 轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转
通常取 T stT Lm/a0 x (.3~0.5)。
3) 空载启动频率 f 0 st ——步进电动机 在空载情况下，不失步启动所允许 的最高频率。
在负载情况下，不失步启动所
齿和B、B´允磁极许轴线的对齐最； 高频率随负载的增加而显
第五章步进电机
第一节 概述
步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲 信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉 冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段 距离。 特点: (1) 来一个脉冲，转一个步距角。
(2) 控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3) 改变脉冲顺序，可改变转动方向。 种类：励磁式和反应式两种。 区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈， 反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。
过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)转过
90°(一个齿距角)。 2. 三相六拍
按AAB B BC C CA的顺序给三相 绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制 特性。
A
B' 1 C'
42
C 3B
A' C' 、C 磁极拉住1、3
步进电机及其工作原理详细图文
A
A相定子绕组通电形成磁场
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 节拍运动动画
A
A
1
1
4
2
2
3
A
A
步进电机节拍运动动画
制作：张津
步距角：
步进电机的定子绕组每改变一次通电状态， 转子转过的角度称步距角。
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 定子的通电方式
�单相轮流通电（M相单M拍） 顺时针轮回 A→B→C→A 逆时针轮回 A→C→B→A
B
C
A
C
B
1 2
4 3 1
4 2
3
B
C
A
C
A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 ——四转子齿
A
定子通电顺序：
BA→AC→CB→BA
1
B
2
4
转子旋转方向：
B
3
顺时针
A
步距角：
A
θb = 30°
C
B
A
30°
C
1B
4 2
3
C
A
A
C 4
1
B
1
2 4
3
B A
32
B
C
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 四转子齿
转子旋转方向： 逆时针
步距角：
θb = 60° C
60° A
1
B
2C A
A B
A
1
B
2 B
A
A
C
B
60° 1 2
1 2
60°
B
C
《步进电机》PPT课件
➢ 当V相通电，U、W相不通电，如图3.3b所示，2、4齿 与V相对齐；
➢ 当W相通电，U、V相不通电，如图3.3c所示，1、3齿 与W相对齐；
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8
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9
由此可见，当通电顺序为U→V → W→U →V →…时，转子便顺时针方向一步一步地转动，通 电状态每换接一次，转子前进一步，一步对应的 角度称为步距角。
上述两种通电方式的组合。即通电方式为：U → UV → V → VW→W → WU →U →… 称为三相六拍通电，如图3.4所示。 三相六拍通电方式的步距角减小一倍。
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3.1.2 小步距角步进电动机
实际的小步距角电动机如图3.5所示。它的定子内 圆和转子外圆上均有齿和槽，而且定子和转子的 齿宽和齿距相等。
第3章 步进电动机传动控制
3.1 步进电动机 3.2 步进电动机的环形分配器 3.3 步进电动机的驱动电路
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1
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线或 角位移的执行元件。步进电动机的运动由一系列电脉 冲控制，脉冲发生器所产生的电脉冲信号，通过环形 分配器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。为了 使电动机能够输出足够的功率，经过环形分配器产生 的脉冲信号还需要进行功率放大。
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（2）通电方式 双相轮流通电方式
每次有两相绕组通电，通电状态切换时，转子转动平稳， 且输出力矩较大，这种通电方式定位精度高而且不易 失步。
以三相反应式电动机为例，双相轮流通电方式为：UV → VW→WU →UV →… 称为三相双三拍通电。
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（2）通电方式 单双相轮流通电方式
(整理)四相步进电机原理图
四相步进电机原理图本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。
1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。
图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c 所示：a. 单四拍b. 双四 c八拍图2.步进电机工作时序波形图2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理步进电机驱动器系统电路原理如图3：图3 步进电机驱动器系统电路原理图AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。
使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。
图中L1为步进电机的一相绕组。
AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。
四相步进电机原理图
四相步进电机原理图及其驱动器的软、硬件设计1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。
图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c 所示：a. 单四拍b. 双四拍 c八拍图2.步进电机工作时序波形图2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理步进电机驱动器系统电路原理如图3：图3 步进电机驱动器系统电路原理图AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。
使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。
图中L1为步进电机的一相绕组。
AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。
步进电机原理
步进电机结构和工作原理步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机。
步进电机的最大特点是其“数字性”，对于微电脑发过来的每一个脉冲信号，步进电机在其驱动器的推动下运转一个固定角度（简称一步），如下图所示。
如接收到一串脉冲步进电机将连续运转一段相应距离。
同时您可通过控制脉冲频率，直接对电机转速进行控制。
由于步进电机工作原理易学易用，成本低（相对于伺服）、电机和驱动器不易损坏，非常适合于微电脑和单片机控制，因此近年来在各行各业的控制设备中获得了越来越广泛的应用.本文将向用户简述步进电机的基本结构和工作原理，举例说明步进电机驱动器的工作原理，直线步进电机的结构和工作原理。
步进电机的种类和特点步进电机在构造上有三种主要类型：反应式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式(Hybrid Stepping,HS)。
反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。
结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。
永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。
其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。
混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。
其特点是输出力矩大、动态性能好，步矩角小，但结构复杂、成本相对较高。
按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。
最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占 97% 以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。
该种电机的基本步矩角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步矩角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步矩角可细分达256倍（0.007°）。
由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。
STM32 步进电机、直流电机控制原理图
PA7/SPI1_MOSI/ADC7/TIM3_CH2/TIM8_CH1N
PA9/U1_TX/TIM1_CH2
PC4/ADC14
PA8/TIM1_CH1/MCO
PC5/ADC15
PC9/TIM8_CH4/SDIO_D1
PB0/ADC8/TIM3_CH3/TIM8_CH2N
PC8/TIM8_CH3/SDIO_D0
103
57 PB5
56 PB4
55 PB3
54 PD2
53 PC12
52 PC11
51 PC10
50 PA15
49 PA14
48 47
VDD3.3V
46 PA13
45 USBDP
44 USBDM
43 PA10
42 PA9
41 PA8
40 PC9
39 PC8
38 PC7
37 PC6
36 PB15
35 PB14
VDD3.3V U10
R79
103
PD2
黑白 /进进进进
P3
M-GND P4
102
102
102
前前前
P5
R80
103
备未驱
2 1
R81 R84
CON2 M-VCC 拉拉仓打驱驱
104 104
R90 103
M-A
R89 103
1 2 3
AV B GY
5 4
R82 R86
103 102
SN74AHC1G86DBVT 仓仓仓打检检检驱（异异仓步）
I/O I/O I/O VCC I/O GND I/O I/O I/O I/O I/O
GCK2 GCK1
步进电机驱动器电原理图
6 5 4 3 2 1
6 J21 NM
R13 P521 270 D3
控制板 步进电机驱 动器电路原理图（控制部分）
时钟
R26 100
3
I/O CD4051BM
R27 270
+5
U5F MM74HC14 +5
40 C11 0.1u D1 +5
VCC GND
12
13
U5A 2
14
0.1 1 P1 R11 270 4N26 R54 +5 D2 OPTO CP DIR FREE
J2 1 2 3 4 5 6 7 8 CON8 R12 270
R36 10k T4C5 G2 C6 Z1
R34 10k T2 G2 C7 C8
CON2 DC 24 - 40V 4A 电源输入
220u/25V
C3 220u/25V
5.6V/0.3W
22u/100V 22u/100V R32 100 T5 ZL R37 10k D2 MUR1660CT T12 K0225
22u/100V 22u/100V R31 100 T3 ZL R35 10k T11 K0225
J2 1 2 3 4 5 6 7 8 CON8
接控制板
J13 1 2 3 4 CP 步进脉冲 DIR 正反转控制 FREE 自由状态控制 OPTO 光耦合器公共阳极
R39 10k
CON4 信号输入 R42 10k
- 15 -
+15 5 8 11 J1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 CON18 +5 R46 10k +5 U7A CD4050B 2 +15 3 R43 4k7 2 U6A DM7407 U7B CD4050B 4 +15 +5 +5 U7C CD4050B 6 U7D CD4050B 10 +15 R44 4k7 7 4 U6B DM7407 9 +5 R3 2k U3B LM393 34 7 5 5 6 5 U6C DM7407 14
步进电机的工作原理
1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。
图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c 所示：a. 单四拍b. 双四拍c八拍51单片机驱动步进电机的方法。
驱动电压12V，步进角为7.5度. 一圈360 度, 需要48 个脉冲完成该步进电机有6根引线，排列次序如下：1:红色、2:红色、3:橙色、4:棕色、5:黄色、6:黑色。
采用51驱动ULN2003的方法进行驱动。
ULN2003的驱动直接用单片机系统的5V电压，可能力矩不是很大，大家可自行加大驱动电压到12V。
1.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。
步进电机的工作原理及其原理图
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目前,叙（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向我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。
3、力矩：电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力F与（dФ/dθ）成正比S其磁通量Ф=Br*SBr为磁密，S为导磁面积，F与L*D*Br成正比L为铁芯有效长度，D为转子直径Br=N·I/RN·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。
力矩=力*1也可以作（时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。
2、分类感应子式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。
以机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准），而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。
3、步进电机的静态指标术语相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。
常用m表示。
拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。
四相步进电机原理图及程序
四相步进电机原理图本文先介绍该步进电机的工作原理，然后介绍了其驱动器的软、硬件设计。
1. 步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。
图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图1 四相步进电机步进示意图开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：a. 单四拍b. 双四拍c八拍图2.步进电机工作时序波形图2.基于AT89C2051的步进电机驱动器系统电路原理步进电机驱动器系统电路原理如图3：图3 步进电机驱动器系统电路原理图AT89C2051将控制脉冲从P1口的P1.4~P1.7输出，经74LS14反相后进入9014，经9014放大后控制光电开关，光电隔离后，由功率管TIP122将脉冲信号进行电压和电流放大，驱动步进电机的各相绕组。
使步进电机随着不同的脉冲信号分别作正转、反转、加速、减速和停止等动作。
图中L1为步进电机的一相绕组。
AT89C2051选用频率22MHz的晶振，选用较高晶振的目的是为了在方式2下尽量减小AT89C2051对上位机脉冲信号周期的影响。
42步进电机工作原理
42步进电机工作原理
两相步进电机最简单的构成为Nr=1的情况，电机结构如下图所示。
一般两相电机定子磁极数为4的倍数，至少是4。
转子为N极与S 极各一个的两极转子。
定子一般用硅钢片叠压制作，定子磁极数为4极，相当于一相绕组占两个极，A相两个极在空间相差180°，B相两个极在空间也相差180°。
电流在一相绕组内正负流动（此种驱动方式称为双极性驱动），A相与B相电流的相位相差90°，两相绕组中矩形波电流交替流过。
即两相电机的定子，在Nr=1时，空间相差90°,时间上电流相差90°相位差，电流与普通的同步电机相似，在定子上产生旋转磁场，转子被旋转磁场吸引，随旋转磁场同步旋转。
以上图为例，假如A相有两个线圈，单向电流交替流过两个线圈，也可产生相反的磁通方向，此方式称为单极（uni-plar)型线圈。
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上图中的两相单极型线圈在有些文献中也被称为四相步进电机，此时其转子极对数、齿数Nr，以及步距角θs均与双极型线圈相同。
本课程两相电机的定义符合式θs=180°/PNr，即将转子齿数和步距角θs代入式θs=180°/PNr，如P=2，则为两相电机，如Nr相同，P=4，步距角θs只有1/2，则电机为四相电机，在此特别提请注意。
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