步进电动机的工作原理与特点
步进电机的工作原理
优选步进电机的工作原理
步进电动机的工作原理与特点
原理：步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号
转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，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，改变转动方向。 (4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比.
系称为矩频特性
特点：
步进电动机矩频特性
下降曲线。以最 大负载转矩（启 动转矩）Tq为起 点，随着控制脉 冲频率增加，步 进电动机的转速 逐步升高、而带 负载能力却下降
A
B'
C'
C
B
A'
B相通电，转子2、4齿 和B相轴线对齐，相对 A相通电位置转30；
A
B'
C'
C
B
A'
C相通电再转30
这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电， 而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相 单三拍。
三相单三拍的特点：
（1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为
步距角，用S表示。
步进电机的种类：
通常按励磁方式分为三大类： 1）反应式：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应 用最广。 2）永磁式：转子的极数=每相定子极数，不开小齿， 步距角较大，力矩较大。 3）感应子式(混合式)： 开小齿，混合反应式与永磁 式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。
以反应式为例说明步进电机的结构和原理
（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序， 改变通电顺序即可改变转向。
二、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。
42步进电机工作原理
42步进电机工作原理
42步进电机是一种常用的电动机，它的工作原理基于电磁学原理和电子控制技术。
该电机内部有一个转子和一个定子，转子上有多个磁极，定子上绕有两个相位差90度的电磁线圈。
当给定子上的电流通入，产生磁场时，定子的磁场和转子上的磁场相互作用，导致转子发生偏转。
为了使电机能够按预定的步长旋转，需要按照特定的电流序列依次驱动两个电磁线圈。
驱动电流通过一个电子控制器进行控制，控制器根据输入的步进脉冲信号决定电流的通入顺序和大小。
通过调整步进角度和频率，可以控制步进电机的旋转方向、速度和位置。
当电流脉冲通过第一个线圈时，转子将朝一个方向旋转一个步长角度。
当电流脉冲通过第二个线圈时，转子将继续旋转一个步长角度，但方向与之前相反。
通过不断重复这个过程，步进电机可以实现精确的旋转运动。
总之，42步进电机通过电磁作用和电子控制技术实现精确的步进运动，可以用于各种需要控制位置和速度的应用领域。
步进电机的控制原理
步进电机的控制原理步进电机是一种高精度的电动执行器，具有定位准确、不需反馈器和转矩、速度和位置控制的特点，广泛用于数码设备、计算机和机器人控制等领域。
步进电机的控制原理包括三部分：输入信号、驱动电路和电机转动。
一、输入信号步进电机的输入信号有两种：脉冲信号和方向信号。
脉冲信号是由控制器发送给驱动电路的，用来控制电机的转动步数和速度。
步进电机的每一步运动需要一定的脉冲信号，具体步数由控制器编程决定。
方向信号则表示电机转动的正、反方向，一般由控制器通过电平高低来控制。
输入信号是步进电机运动的基础，只有正确的输入信号才能实现精准控制。
二、驱动电路步进电机的控制需要依赖驱动电路，一般为双H桥驱动电路。
它能够根据输入信号的变化，控制步进电机的相序和电流大小，从而实现电机的精准控制。
驱动电路是整个控制系统的核心部分，不同类型的步进电机需要不同的驱动方式，因此制定相应的驱动电路是十分重要的。
三、电机转动步进电机的转动是由驱动电路提供的电流产生的磁场、轴承和转子间的相互作用实现的。
不同类型的步进电机其转动的方式也不同，如单相、两相、五相、六相等。
不同类型的步进电机也需要不同的驱动方式，否则会导致控制不准确或失步。
综上所述，步进电机的控制原理需要在三个方面进行开展：输入信号、驱动电路和电机转动。
只有以正确的方式输入信号，配合正确的驱动电路和电机类型，才能实现精准的电机控制。
在实际应用中，我们需要根据具体情况来选择不同类型的步进电机和相应的控制方式，以实现最优控制效果。
步进电机
原理：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号
转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，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，改变方向。
优点
（1）直接实现数字控制；
（2）控制性能好； （3）无接触式； （4）抗干扰能力强； （5）误差不长期积累；
1.3.3 单步运行特性
1.单步运行时的矩角特性和稳定区 以三相单三步运行方式为例，设电机空载时，A相通电 时的矩角特性如图4中的曲线A所示，转子处于稳定平衡点 OA。如加一脉冲，A相断电，B相通电，则矩角特性变为曲 线B。 M
A
A
B
B
OB OA
A
B
θ
b
θ定区
步进电动机的步距角θ b由转子齿数、定子相数和通电 方式所决定，即
360 b mCZ k
式中m为相数。C为状态系数，采用单、双拍通电方式时 C＝2，采用单拍或双拍通电方式时C＝1。ZK为转子齿数。
若步进电动机所加的通电脉冲频率为f，则其转速为
60 f n mCZ k
1.3 静态运行特性
步进电动机不改变通电状态下的运行特性称
M B M max sin(e 120)
MB 与MA 相距120°电度角。这是一条与A相特性完全相同， 但相位上相差120°（电度角）的特性。当A、B同时通电时，合 成矩角特性应为二者之叠加，即
M AB M A M B M max sin(e 60)
可见MAB是一条幅值与单相通电时相同，相移60°电度角(θt/6) 的正弦曲线，如图3中曲线MAB所示。
1.3.4 连续运行特性
13步进电机步进驱动器原理详细讲解
电机绕组电流波形分析
5. 步进电动机的闭环伺服控制
步进电动机矢量控制位置伺服系统框图 系统硬件结构原理图
6、导通和截止时的电机绕组电流和电压的关系
当T导通时有：
U
Ri1
L
di1 dt
E
Hale Waihona Puke 当T截止时有：0 i2
L
di2 dt
E
7. 电压和电流与转速、转矩的关系
① 步进电机一定时，供给驱动器的电压值对电机性能影响大， 电压越高，步进电机能产生的力矩越大，越有利于需要高速应 用的场合，但电机的发热随着电压、电流的增加而加大，所以 要注意电机的温度不能超过最大限值。
的力矩。 ④ 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。 ⑤ 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩。 ⑥ 失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。 ⑦ 失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在
失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。 ⑧ 运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与
3.电机定位精度的选择
• 步距角的选择 电机的步距角取决于负载 精度的要求，将负载的最小分辨率（当量） 换算到电机轴上，每个当量电机应走多少 角度（包括减速）。电机的步距角应等于 或小于此角度。目前市场上步进电机的步 距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、 0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度 （三相电机）等。
H桥恒频斩波恒相流驱动电路原理框图
电流PWM细分驱动电路示意图
2. 单极性驱动
单极性驱动原理图
3. 双极性驱动
双极性驱动原理图
4. 微步驱动
步进电机控制系统原理
图7 CH250三相双三拍接法
图8 CH250三相六拍接法
CH250环形脉冲分配器的功能关系如表1所列
讨论：
• 单片机输出步进脉冲后,再由脉冲分配电路按事先确定的顺序控制各相的 通断.
二、由软件完成脉冲分配工作
• 用微型机代替了步进控制器把并行二进制码转换成 • 串行脉冲序列,并实现方向控制. • 只要负载是在步进电机允许的范围之内, • 每个脉冲将使电机转动一个固定的步距角度. • 根据步距角的大小及实际走的步数,只要知道初始 • 位置,便可知道步进电机的最终位置. • 特点：由软件完成脉冲分配工作,不仅使线路简化,成本下
LOOP2： MOV A,R3 ADD A,#07H MOV R3,A AJAMP LOOP1
DELAY：
；求反向控制模型的偏移量 ；延时程序
POINT
COUNT POINT
DB 01H,03H,02H,06H,04H,05H,00H ；正向控制模型 DB 01H,05H,04H.06H,02H,03H,00H ；反向控制模型 EQU 30H, EQU 0150H
01 100
3、步进电机与微型机的接口及程序设计
总之, 只要按一定的顺序
改变 P1.0～P1.2 三位通电的状况, 即可控制步进电机依选定的方向步进.
3、步进电机与微型机的接口及程序设计
由于步进电机运行时功率较大,可在微型机与驱动器 之间增加一级光电隔离器,以防强功率的干扰信号反 串为进什么主步控进系电统机.功如率图驱所动示电路. 采用光电隔离？
2、步进电机控制系统原理
步进电机细分原理
步进电机细分原理步进电机是一种将电能转化为机械能的电动机，它通过控制电流的方向和大小，实现精确的位置控制。
在步进电机工作原理中，细分原理是非常重要的一部分。
细分原理是指将步进电机的每个步进角度再次分割成更小的角度，以提高步进电机的精度和分辨率。
接下来，我们将详细介绍步进电机的细分原理。
首先，步进电机的细分原理基于步进电机的结构特点，步进电机是通过控制电流的方向和大小来实现转动的，而且它的转动是按照一定的步进角度来进行的。
在传统的步进电机中，一次步进角度通常为1.8度或者0.9度，这就意味着步进电机的转动是以这个角度为基本单位来进行的。
然而，有时候我们需要更高的精度和分辨率，这时就需要采用细分原理来实现。
其次，细分原理是通过改变步进电机驱动器的控制方式来实现的。
步进电机驱动器是控制步进电机转动的关键部件，它可以根据输入的脉冲信号来控制电机的转动。
在细分原理中，我们可以通过改变驱动器的细分数来实现对步进角度的再次分割。
比如，如果我们将步进电机的细分数设置为2，那么每个步进角度就会再次分割成两个小的角度，这样就可以实现更高的精度和分辨率。
另外，细分原理还可以通过改变驱动器的微步进模式来实现。
微步进是指在每个步进角度中再次分割成更小的角度，并且在每个小角度上都施加不同的电流控制，从而实现对步进电机转动的更精细控制。
微步进模式可以将步进电机的精度和分辨率提高到一个更高的水平，这对于一些对精度要求较高的应用来说是非常重要的。
最后，细分原理在步进电机的应用中具有非常重要的意义。
通过细分原理，我们可以实现对步进电机转动的精确控制，提高步进电机的精度和分辨率，从而更好地满足各种应用的需求。
同时，细分原理也为步进电机的进一步发展提供了技术支持，使得步进电机在各种领域得到了广泛的应用。
综上所述，步进电机的细分原理是通过改变步进角度的控制方式来实现对步进电机转动的精确控制，提高步进电机的精度和分辨率。
通过细分原理，我们可以实现对步进电机的更高精度和更细致的控制，从而更好地满足各种应用的需求。
步进电动机基本工作原理
步进电机的基本原理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。
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。
步进电机的一些基本参数：电机固有步距角：它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。
电机出厂时给出了一个步距角的值，如86byg250a型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。
步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。
电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9°/1.8°、三相的为0.75°/1.5°、五相的为0.36°/0.72°。
步进电机的工作原理图解
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4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D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。
步进电动机概念及其工作原理
步进电动机概念及其工作原理步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移(或线位移)的电磁装置，是一种特殊的电动机。
一般电动机都是连续转动的，而步进电动机则有定位和运转两种基本状态，当有脉冲输入肘步进电动机一步一步地转动，每给它一个脉冲信号，它就转过一定的角度。
步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格成正比，在时间上与输入脉冲同步，因此只要控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电的相序，便可获得所需的转角、转速及转动方向。
在没有脉冲输入时，在绕组电源的激励下气隙磁场能使转子保持原有位置处于定位状态。
步进电动机按其输出转矩的大小来分，可以分为快速步进电动机和功率步进电动机。
快速步进电动机连续工作频率高而输出转矩较小，一般在N·cm级，可以作为控制小型精密机床的工作台(例线切割机床)也可以和液压转矩放大器组成电液脉冲马达去驱动数控机床的工作台，而功率步进电动机的输出转矩就比较大是N·m级的，可以直接去驱动机床的移动部件。
步进电动机按其励磁相数，可以分为三相、四相、五相、六相甚至八相。
一般来说随着相数的增加，在相同频率的情况下，每相导通电流的时间增加，各相平均电流会高些，从而使电动机的转速—转矩特性会好些，步距角亦小。
但是随着相数的增加，电动机的尺寸就增加，结构亦复杂，目前多用3～6相的步进电动机。
由于步进电动机的转速随着输入脉冲频率变化而变化，调速范围很广，灵敏度高，输出转角能够控制，而且输出精度较高，又能实现同步控制，所以广泛地使用在开环系统中，也还可用在一般通用机床上，提高进给机构的自动化水平。
步进电动机按其工作原理来分，主要有磁电式和反应式两大类，这里只介绍常用的反应式步进电动机的工作原理，现用下图的步进电动机的简化图来加以说明。
在电动机定子上有A、B、C三对磁极，磁极上绕有线圈，分别称之为A相、B相和C相，而转子则是一个带齿的铁心，这种步进电动机称之为三相步进电动机。
如果在线圈中通以直流电，就会产生磁场，当A、B、C三个磁极的线圈依次轮流通电，则A、B、C三对磁极就依次轮流产生磁场吸引转子转动。
步进电机ppt
A
B'
C'
C
B
A'
总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称 为三相六拍，步距角为15。
2.4、三相双三拍
三相绕组的通电顺序为： AB BC CA AB 共三拍。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
AB通电
BC通电
A
B'
C'
C
B
A'
CA通电
工作方式为三相双三 拍时，每通入一个电 脉冲，转子也是转
❖ 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。
2、系统构成：
脉冲信 号输入
脉冲分配器
脉冲放大器
步进 电机
3、步进电机的结构
步进电机的内部结构
步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成， 其上分别有六个、四个磁极 。
这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电， 而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相 单三拍。
三相单三拍的特点：
（1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为
步距角，用S表示。
（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序， 改变通电顺序即可改变转向。
2.3、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。
30，即 S = 30。
以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。
三、步进电机的三个重要概念
步进电机和伺服电机工作原理
步进电机和伺服电机工作原理步进电机和伺服电机是常见的电动机类型，它们在工业控制和自动化领域有着广泛的应用。
本文将介绍步进电机和伺服电机的工作原理和特点。
一、步进电机的工作原理步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的电动机。
它通过不断地改变电磁绕组的磁场分布来实现转动。
步进电机的核心部件是转子和定子，转子上有多个磁极，而定子上有多个电磁绕组。
当电流通过电磁绕组时，会产生磁场，与转子上的磁场相互作用，从而产生转矩，使转子转动。
步进电机的转动是以步进的方式进行的，每接收到一个脉冲信号，电机转动一个固定的角度，称为步距角。
步距角的大小取决于步进电机的结构和驱动方式。
步进电机的驱动方式主要有全步进和半步进两种。
全步进是每接收到一个脉冲信号，电机转动一个步距角；而半步进是在每个步距角内，通过改变电流的方向和大小，使电机转动更细微的角度，从而实现更高的分辨率。
步进电机具有结构简单、成本低、控制方便等特点。
它在定位控制和速度控制方面具有较好的性能。
但步进电机存在失步现象，即在高速或负载较大时容易出现转动不稳定或错位的情况。
二、伺服电机的工作原理伺服电机是一种能够根据控制信号精确控制角度、位置和速度的电动机。
它通过传感器感知实际位置或速度，与设定值进行比较，并通过反馈控制系统调整输出信号，以实现控制目标。
伺服电机的核心部件是电机、编码器和控制器。
电机负责驱动负载进行转动，编码器用于实时检测电机的位置或速度，控制器根据编码器的反馈信号与设定值进行比较，计算出控制信号，并输出给电机，使其按照预定的位置、角度或速度运动。
伺服电机具有精确控制、响应速度快、稳定性好等特点。
它广泛应用于需要高精度控制和运动平滑的领域，如机床、机器人、自动化生产线等。
伺服电机的控制系统复杂，通常需要使用专用的伺服驱动器和控制器来实现。
三、步进电机和伺服电机的比较步进电机和伺服电机在工作原理和应用场景上有一些区别。
步进电机的转动是离散的，以固定的步距角进行，适用于定位控制和速度控制；而伺服电机的转动是连续的，能够根据控制信号精确控制位置、角度和速度，适用于需要高精度控制和运动平滑的场合。
简述步进电机的工作原理
简述步进电机的工作原理步进电机是一种电动机，其工作原理是基于磁场的力和作用力之间的交互作用。
它是一种数字型电机，可以精确地控制运动，工作时不需要传统电机的电刷。
步进电机通常用于精密定位、速度控制和线性定位等应用场合，下面将具体讲解步进电机的工作原理。
1.电磁激励步进电机的转子是由一组磁性材料制成，称为极，极在周围有一个固定的定子，其中包含两个或更多的线圈。
当电流通过线圈时，电磁场将制造出一个旋转磁场，该旋转磁场与极的磁场相互作用，从而使转子可以以相对稳定的方式旋转。
2.磁场交替步进电机是一种精密的定位装置，因为它的磁场可以被分成多个极组。
这就使得转子可以以精确的角度旋转。
这种分段旋转也使得这种电机非常适合于控制，因为每个段都可以被视为独立的步骤。
3.递归式运动步进电机会继续沿着它的磁场方向转动，直到磁场的相位改变。
这时候，电流会通过相邻的线圈，使得磁场旋转到下一个相位。
这个过程是递归的，电流会持续地在不同的线圈之间转换，从而使得转子可以继续旋转。
4.向前和向后步进电机具有向前和向后转动的能力。
在向前转动时，电流的顺序会从一端点到另一端点变化，这样就能让磁场以递归的方式产生旋转动作。
反而，在向后转动时，电流的顺序会从另一端点回到原来的端点。
这样，步进电机就能够反向旋转。
总之，步进电机的工作原理是通过电磁激励、磁场交替、递归式运动和向前和向后转动的能力来实现的。
因为步进电机具有极高的控制精度和分步旋转的能力，因此它广泛应用于诸如电子、机器人和印刷机等领域。
步进电机的工作原理
步进电机的工作原理一、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。
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）2、旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。
如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。
如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。
步进电动机的工作原理及驱动方法
步进电动机的工作原理及驱动方法步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。
步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。
正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。
由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。
1.步进电动机的种类目前常用的有三种步进电动机：(1)反应式步进电动机(VR)。
反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。
(2)永磁式步进电动机(PM)。
永磁式步进电动机出力大，动态性能好；但步距角大。
(3)混合式步进电动机(HB)。
混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。
它有时也称作永磁感应子式步进电动机。
2.步进电动机的工作原理图1 三相反应式步进电动机的结构示意图1——定子 2——转子 3——定子绕组{{分页}}图1是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。
电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是60º。
各磁极上套有线圈，按图1连成A、B、C三相绕组。
转子上均布40个小齿。
所以每个齿的齿距为θE=360º/40=9º，而定子每个磁极的极弧上也有5个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。
由于定子和转子的小齿数目分别是30和40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。
若以A相磁极小齿和转子的小齿对齐，如图1，那么B相和C相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即3º。
因此，B、C极下的磁阻比A磁极下的磁阻大。
若给B相通电，B相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越B相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到B磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过3º；此时A、C磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。
步进电机转动的原理
步进电机转动的原理
步进电机是一种控制精度较高的电动机，其转动原理可以理解为由电流在线圈中产生的磁场与永磁铁之间的相互作用。
步进电机内部由多个线圈组成，这些线圈按照一定的顺序被激励。
当给定一个特定的电流序列时，相应的线圈会被逐个激活，产生磁场。
这些磁场与永磁铁之间产生磁力作用，导致步进电机转动。
具体来说，当电流通过线圈时，线圈周围会产生磁场。
这个磁场与永磁铁的磁场相互作用，会导致步进电机产生一个力矩。
根据磁场与永磁铁的相对位置和电流的方向，步进电机可以以一定角度的步进进行转动。
通常情况下，步进电机的线圈会按照一定的顺序被激励。
这个顺序一般称为步进电机的驱动方式。
常见的驱动方式包括单相励磁、双相励磁和三相励磁等。
在不同的驱动方式下，步进电机的转动性能会有所不同。
需要注意的是，步进电机的转动是离散的，即按照固定的角度进行逐步转动。
这与其他电动机，如直流电机和交流电机的连续转动原理不同。
总之，步进电机的转动是由电流在线圈中产生的磁场与永磁铁之间的相互作用所驱动。
通过控制电流的激励顺序，可以实现精确的转动控制。
步进电机组成及工作原理
步进电机组成及工作原理一、步进电机的组成步进电机是一种组合式电机，它由转子、定子、感应器和控制器等几个部分组成。
1. 转子步进电机的转子通常由一些磁性材料制成，如镍、铁、钴、钢等。
转子的形状通常为圆盘形，中央有一个或多个隆起的齿形结构。
2. 定子步进电机的定子通常也由磁性材料制成，有时会添加一些绝缘材料。
定子的形状通常为环形，有一个或多个钳制定子的爪子。
定子的内部有一些线圈，并联或串联，它们与控制器相连。
3. 感应器步进电机的感应器通常是一些磁性部件，如霍尔元件、磁敏电阻等。
它们的作用是检测转子位置，向控制器反馈转子位置信息。
4. 控制器步进电机的控制器通常是一个设备，它能产生特定的电流/电压波形，驱动步进电机转动。
控制器通常由处理器、驱动电路、信号输入输出接口等几个部分组成。
二、步进电机的工作原理步进电机的工作原理是利用交替磁场和磁学相互作用产生转矩，推动转子转动。
步进电机的驱动方式有两种：全步进驱动和半步进驱动。
1.全步进驱动全步进驱动又称全步进模式，是最常用的步进电机驱动方式。
在全步进模式下，控制器将电流以一定周期分为多个步骤，每一步骤控制电流的大小和方向，产生一定的磁场，推动转子转动。
具体而言，当控制器中的电流向步进电机内部线圈流动时，就会产生一个磁场。
如果电流反向，就会产生另一个磁场。
这两种磁场会相互作用，生成一个转矩，推动转子转动。
在全步进模式下，每一步转动角度是固定的（通常为1.8度或0.9度），因此转子转动也是连续的，不会出现跳动现象。
2.半步进驱动半步进驱动是在全步进模式基础上改进得到的，也称为半步进模式。
在半步进模式下，控制器将电流分为两个步骤，第一步只控制一个电流线圈，第二步则控制两个电流线圈。
这样一来，转子转动角度就可以设置为1.8度的一半（即0.9度）。
半步进驱动可以提高步进电机的分辨率，使得步进电机更加精确。
但同时也会使得驱动电路更加复杂，成本更高。
步进电机是一种精密的电动机，具有结构简单、定位精度高等优点。
直流步进电机工作原理
直流步进电机工作原理直流步进电机是一种常见的电动机，其工作原理基于磁场与电流之间的相互作用。
它具有结构简单、控制方便和精度高等优点，被广泛应用于自动控制系统中。
直流步进电机由定子、转子和控制电路组成。
定子是由若干个磁极和线圈组成，线圈通电时会产生磁场。
转子是由永磁体或磁极组成，它们的极性与定子的极性相对应。
控制电路根据输入的指令，控制线圈通电和断电，从而使转子按一定的步距旋转。
当线圈通电时，定子的磁场与转子的磁场相互作用，使转子受到力矩的作用而旋转。
控制电路根据事先设定的步距和方向，依次通电和断电，使转子按照一定的步数和方向旋转。
通过不断重复这个过程，就可以实现精确的位置控制。
直流步进电机的工作原理可以从磁场和电流的角度来理解。
首先，当线圈通电时，产生的磁场会与转子的磁场相互作用，产生力矩使转子旋转。
其次，控制电路通过控制线圈的通断，改变磁场的方向和大小，从而控制转子的运动。
直流步进电机的运动是离散的，每一次步进是由线圈的通断控制的。
步距的大小取决于线圈的结构和电流的大小，通常可以通过控制电路来调整。
而步进电机的旋转方向可以通过控制电路中的信号来改变，可以实现正转、反转和停止等操作。
直流步进电机的控制电路是实现精确控制的关键。
控制电路根据输入的指令，通过电子元件的开关控制线圈的通断，从而控制电机的运动。
常见的控制方式有全步进、半步进和微步进等，可以根据具体的应用需求选择合适的方式。
直流步进电机的工作原理是基于磁场与电流之间的相互作用。
通过控制线圈的通断，可以实现精确的位置控制和运动控制。
直流步进电机在自动控制系统中有着广泛的应用，如打印机、数控机床、机器人等领域。
随着科技的不断发展，直流步进电机的性能和控制技术也在不断提升，将为各行各业的自动化控制带来更多的便利和创新。
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步进电动机的工作原理及特点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，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。
研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。
1 步进电机概述步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。
步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。
步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。
当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。
因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。
每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。
根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。
步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。
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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率围通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。
正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。
由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。
2国外的研究概况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、、、、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。
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，写在控制器部。
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。
步进电机的细分控制，在改革开放初期，国就已经基本掌握，这与交流电动机的矢量控制相比，难度要低得多。
3步进电机的分类步进电动机的种类很多，从广义上讲，步进电机的类型分为机械式、电磁式和组合式三大类型。
按结构特点电磁式步进电机可分为反应式(VR)、永磁式(PM)和混合式(HB)三大类；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。
目前使用最为广泛的为反应式和混合式步进电机[7]。
(1)反应式步进电机(Variable Reluctance，简称VR)反应式步进电机的转子是由软磁材料制成的，转子中没有绕组。
它的结构简单，成本低，步距角可以做得很小，但动态性能较差。
反应式步进电机有单段式和多段式两种类型；(2)永磁式步进电机(Permanent Magnet，简称PM)永磁式步进电机的转子是用永磁材料制成的，转子本身就是一个磁源。
转子的极数和定子的极数相同，所以一般步距角比较大。
它输出转矩大，动态性能好，消耗功率小(相比反应式)，但启动运行频率较低，还需要正负脉冲供电；(3)混合式步进电机(Hybrid，简称HB)混合式步进电机综合了反应式和永磁式两者的优点。
混合式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。
因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪声低、低频振动小。
这种电动机最初是作为一种低速驱动用的交流同步机设计的，后来发现如果各相绕组通以脉冲电流，这种电动机也能做步进增量运动。
由于能够开环运行以及控制系统比较简单，因此这种电机在工业领域中得到广泛应用。
由于本设计的设计目的更注重整个系统的有机结合，所以只采用反应式步进电机[7]。
这种步进电机的应用最为广泛。
4 步进电机工作原理步进电机的工作就是步进转动，其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或是直线位移，就是给一个脉冲信号，电动机转动一个角度或是前进一步。
步进电机的角位移量与脉冲数成正比，它的转速与脉冲频率(f)成正比，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。
如下所示的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4.1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
图4.1 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。
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4.2所示：图4.2步进电机工作时序波形图5步进电动机有如下特点：1）步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比。
因此，当它转一圈后，没有累计误差，具有良好的跟随性。
2）由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统，既简单、廉价，又非常可靠，同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。
3）步进电动机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。
4）速度可在相当宽的围平稳调整，低速下仍能获得较大转距，因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。
5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，不能直接使用交流电源和直流电源。
6）步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应措施。
7）一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
8)步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
9)当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。
在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
10)步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。
在有负载的情况下，启动频率应更低。
如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。
伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。
6 步进电机的特性步进电机转动使用的是脉冲信号，而脉冲是数字信号，这恰是计算机所擅长处理的数据类型。
从20世纪80年代开始开发出了专用的IC驱动电路，今天，在打印机、磁盘器等的OA装置的位置控制中，步进电机都是不可缺少的组成部分之一。
总体上说，步进电机有如下优点：(1) 不需要反馈，控制简单。
(2) 与微机的连接、速度控制（启动、停止和反转）及驱动电路的设计比较简单。
(3) 没有角累积误差。
(4) 停止时也可保持转距。
(5) 没有转向器等机械部分，不需要保养，故造价较低。
(6) 即使没有传感器，也能精确定位。
(7) 根椐给定的脉冲周期，能够以任意速度转动。
但是，这种电机也有自身的缺点。
(8) 难以获得较大的转矩(9) 不宜用作高速转动(10) 在体积重量方面没有优势，能源利用率低。
(11) 超过负载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和噪声。
7步进电机的驱动介绍步进电机不能直接接到交直流电源上工作，而必须使用专用设备——步进电机驱动器.步进电机驱动系统的性能，除与电机本身的性能有关外，也在很大程度上取决于驱动器的优劣。
典型的步进电机驱动系统是由步进电机控制器、步进电机驱动器和步进电机本体三部分组成。
步进电机控制器发出步进脉冲和方向信号，每发一个脉冲，步进电机驱动器驱动步进电机转子旋转一个步距角，即步进一步。
步进电机转速的高低、升速或降速、启动或停止都完全取决于脉冲的有无或频率的高低。
控制器的方向信号决定步进电机的顺时针或逆时针旋转。
通常，步进电机驱动器由逻辑控制电路、功率驱动电路、保护电路和电源组成。
步进电机驱动器一旦接收到来自控制器的方向信号和步进脉冲，控制电路就按预先设定的电机通电方式产生步进电机各相励磁绕组导通或截止信号。
控制电路输出的信号功率很低，不能提供步进电机所需的输出功率，必须进行功率放大，这就是步进电机驱动器的功率驱动部分。
功率驱动电路向步进电机控制绕组输入电流，使其励磁形成空间旋转磁场，驱动转子运动。
保护电路在出现短路、过载、过热等故障时迅速停止驱动器和电机的运行。
8主要技术指标步进电机主要的技术指标有：1)步距角指每给一个电脉冲信号电动机转子所应转过的角度的理论值。
目前国产商品化步进电机常用步距角为：0.36、0.6、0.72、0.75、0.9、1.2、1.5、1.8、2.25、3.6、4.5度等。