步进电动机
第四讲 步进电动机
1
步进电机的控制
(2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则
电机就反转。
(3)控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一 步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率， 就可以对步进电机进行调速。
目 录
1
2
步距角和静态步距误差 最大静转矩 矩频特性 起动频率和连续运行频率
11
3 4
1
步距角和静态步距误差
步距角也称为步距，是指步进电动机改变一次通电方式转子转过的角度。步 距角与定子绕组的相数、转子的齿数和通电方式有关。
2
最大静转矩
步进电动机的静特性，是指步进电动机在稳定状态（即步进电动机处于通电 状态不变，转子保持不动的定位状态）时的特性，包括静转矩、矩角特性及静 态稳定区。静转矩是指步进电动机处于稳定状态下的电磁转矩。
步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM） 和混合式步进电机（简称HB）。
1
步进电机的控制
步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原 理作用如下： (1)控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方
式， 其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制
混合式步进电机（简称HB）。
1
打印机中步进电机的常见故障排查
打印机步进电机的制造精度较高，其故障主要表现为不进纸。判断该类电机 是否损坏，可采用以下方法： 1. 根据步进电机上所标注的阻值测量其电阻。 2. 测量时可先用万用表将引线分为两组(各引线相通的为一组)，再用测电阻 的方法找出每一组的中心抽头端，中心端应对其他两端等电阻且与标注电阻值相 符。 3. 用步进电机上所标注的电源电压(或电路中电机的工作电压)进行试验。 4. 有的步进电机具有两个相同的绕组，但无中心抽头端。
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
第9页
§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
第10页
§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
第11页
§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
第12页
§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
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
步进电机的分类;简述步进电机的工作原理
步进电机的分类;简述步进电机的工作原理一、引言步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的电动机，广泛应用于打印机、数控机床、纺织、医疗器械、精密仪器仪表等设备中。
本文将围绕步进电机的分类和工作原理展开讨论，通过深度和广度兼具的分析，帮助读者更好地理解和应用步进电机。
二、步进电机的分类1. 按照工作原理分类步进电机可以根据其工作原理分为磁性、霍尔效应和混合式步进电机。
其中，磁性步进电机主要由永磁体和电磁线圈构成，它的工作原理是利用电磁线圈中产生的磁场与永磁体磁场之间的吸引和排斥作用来实现转动。
霍尔效应步进电机则是利用霍尔元件检测转子位置而进行步进运动。
混合式步进电机则是将两种原理进行了有机结合，综合了两者的优点，具有较高的精度和扭矩。
2. 按照结构分类步进电机根据结构不同也可分为单转子步进电机和双转子步进电机。
单转子步进电机结构简单，适用于一般的定位应用；双转子步进电机通过在转子上添加转子齿和隔板，可以大大提高定位精度和抗负载能力，适用于高端控制系统。
三、步进电机的工作原理步进电机的工作原理可以简单概括为根据控制信号实现电磁线圈的通断来控制转子旋转。
具体来说，通过电流控制，电磁线圈产生的磁场与永磁体间不断吸引和排斥，从而实现转子的旋转。
步进电机的角位移是由电脉冲信号的频率和数量决定的，不同的驱动方式会影响步进电机的运动特性，通常可采用全步进、半步进和微步进等方式。
四、结论与展望通过对步进电机的分类和工作原理的深度和广度兼具的讨论，相信读者已经对步进电机有了更清晰的理解。
在今后的应用中，我们还可以深入研究步进电机的控制技术、驱动方式以及在不同领域的应用案例，以期更好地发挥步进电机的优势作用。
步进电机作为一种精密定位设备，必将在工业自动化领域发挥越来越重要的作用。
个人观点和理解：在我看来，步进电机作为一种精密定位设备，在工业生产和日常生活中扮演着非常重要的角色。
其高精度、高可靠性的特点使其在自动控制系统中得到广泛应用。
数控技术第4章(步进电机)
一个进给脉冲，使步进电机旋转一个步距角α， 丝杆的转角θ是多少？工作台走多少位移δ？（脉 冲当量）
n丝杆 丝杆 传动比 : i i 0.5 0.9 0.45 n电机 电机
三相三拍通电方式，步距角为
360 /(mzk) 360 /(3 401) 3
三相六拍通电方式，步距角为
360 /(mzk) 360 /(3 40 2) 1.5
4.3 进给电机及驱动
例：步进电机转子有40个齿，采用五相十拍通电方式，步进电机直 接经丝杠螺母传动副驱动工作台做直线运动，滚珠丝杠导程为6mm 求：（1）步进电机的步距角；（2）工作台的脉冲当量。
360o 360 步距角: 0.9 mzk 5 40 2
一个进给脉冲，使步进电机旋转一个步距角α， 工作台走多少位移δ？（脉冲当量）
360 p 6 0.9 0.015mm P 360 360
2
例：步进电机转子有40个齿，采用五相十拍通电方式，步进电机通 过减速器减速后带动丝杠螺母，从而驱动工作台做直线运动，减速 器传动比i=0.5，滚珠丝杠导程为6mm求：（1）步进电机的步距角； （2）工作台的脉冲当量。
步进电机转子有40个齿采用五相十拍通电方式步进电机通过减速器减速后带动丝杠螺母从而驱动工作台做直线运动减速器传动比i0
4.3 进给电机及驱动
步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定 的角度，即步距角；
改变步进电动机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变；
步进电动机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快， 即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高；
步进电动机课件ppt
驱动电路类型
常见的步进电动机驱动电 路包括H桥、A4988等。
驱动电路元件
驱动电路的主要元件包括 晶体管、二极管、电容等 ，用于实现电流的放大和 转换。
步进电动机的常见
04
问题与解决方案
步进电动机的常见问题
电机发热过高
电机运行噪音过大
电机在运行过程中发热过高，可能是由于 电机过载、通风不良、绕组故障等原因。
定制化
随着市场的多样化需求，步 进电动机将逐渐实现定制化 生产，满足不同客户和行业 的特殊需求。
步进电动机的未来展望
更广泛的应用领域
随着步进电动机性能和效率的提高，其 应用领域将进一步扩大，涉及到更多行
业和领域。
更智能的集成系统
未来步进电动机将与传感器、控制器 等智能器件集成，形成更智能的控制
系统。
步进电动机的旋转角度和速度 可以通过控制脉冲的数量和频
率来实现高精度的控制。
响应速度快
步进电动机的转动速度和方向 可以通过控制脉冲的频率和相 序来快速响应。
低速性能好
步进电动机在低速时仍能保持 较好的稳定性和平滑性，不会 出现丢步或过冲的现象。
可靠性高
步进电动机的结构简单，维护 方便，且使用寿命长，可靠性
它广泛应用于各种自动化设备、机器 人、数控机床等领域，是实现精密控 制的重要元件之一。
步进电动机的分类
根据结构分类
根据工作电流方式分类
有齿型步进电动机、无齿型步进电动 机、混合型步进电动机等。
有直流步进电动机和交流步进电动机 。
根据相数分类
有单相、两相、三相和多相步进电动 机。
步进电动机的工作原理
步进电动机的驱动
03
控制
步进电动机驱动器
步进电机的分类及特点
步进电机的分类及特点电机步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。
每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。
因此，步进电动机又称脉冲电动机。
步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是，它接收数字控制信号(电脉冲信号)并转化成与之相对应的角位移或直线位移，它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。
而且它可开环位置控制，输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量，这样的所谓增量位置控制系统与传统的直流控制系统相比,其成本明显减低，几乎不必进行系统调整。
步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。
因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。
作为一种控制用的特种电机，步进电机无法直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源(步进电机驱动器)。
在微电子技术，特别计算机技术发展以前，控制器(脉冲信号发生器)完全由硬件实现，控制系统采用单独的元件或者集成电路组成控制回路，不仅调试安装复杂，要消耗大量元器件，而且一旦定型之后，要改变控制方案就一定要重新设计电路。
这就使得需要针对不同的电机开发不同的驱动器，开发难度和开发成本都很高，控制难度较大，限制了步进电机的推广。
步进电动机的结构形式和分类方法较多，一般按励磁方式分为磁阻式、永磁式和混磁式三种;按相数可分为单相、两相、三相和多相等形式。
在我国所采用的步进电机中以反应式步进电机为主。
步进电机的运行性能与控制方式有密切的关系，步进电机控制系统从其控制方式来看，可以分为以下三类：开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统。
半闭环控制系统在实际应用中一般归类于开环或闭环系统中。
(1)永磁式步进电动机。
其转子有永磁体的磁极，在气隙中产生极性交替磁场，定子由四相绕组组成。
当A相绕组通电时，转子将转向该相绕组所确定的磁场方向。
步进电机的工作原理
步进电机的工作原理步进电机是一种常见的电动机，广泛应用于各种机械和自动化设备中。
它以其精准的控制和高度可靠性而受到青睐。
本文将介绍步进电机的基本原理和工作方式。
1. 基本工作原理步进电机是一种将电能转换为机械能的设备，通过电磁原理实现驱动。
其基本构造包括定子与转子。
定子通常由两种或多种电磁线圈组成，这些线圈按照特定的顺序被激活。
转子则是由一组磁体组成，以使定子磁电流激活时能产生磁通。
2. 单相步进电机单相步进电机也称为单相混合式步进电机。
它具有两个电磁线圈，相位差为90度。
当线圈被激活时，会产生磁场。
根据磁场的相互作用，电机转子就可以旋转到一个新的位置。
单相步进电机的工作原理是通过改变线圈通电的顺序来控制运动。
3. 双相步进电机双相步进电机是一种更为常见的类型，它具有四个电磁线圈，相位差为90度。
每个线圈都可以单独激活，控制电机的运动。
在双相步进电机中，每次只有两个线圈被激活，以产生磁场。
通过交替激活不同的线圈，可以实现电机的旋转。
双相步进电机具有较高的转矩和精确的位置控制能力。
4. 步进电机的特点步进电机具有以下几个特点：4.1 准确定位：通过激活特定的线圈顺序，步进电机可以以特定的角度准确旋转，从而实现准确定位。
4.2 高度可编程：步进电机通过控制电流和脉冲的频率来控制转动速度和转动方向。
4.3 高度精密：由于线圈的激活顺序可以精确控制，步进电机可以实现非常精确的运动。
4.4 无需反馈系统：相比其他类型的电机，步进电机无需附加的位置反馈系统即可实现精确控制。
5. 应用领域由于其精准的控制和高度可靠性，步进电机在许多领域得到广泛应用，包括：5.1 3D打印机：步进电机用于控制打印头在XYZ轴上的位置，从而实现精确的打印。
5.2 CNC机床：步进电机用于控制刀具的位置和转动角度，从而实现自动化的数控加工。
5.3 机器人：步进电机用于控制机器人的运动，包括旋转和定位。
5.4 线性驱动器：步进电机也可以应用于线性驱动器，实现对物体位置的精确控制。
步进电机介绍
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第十二页，共52页。
4.步进电机
每秒钟输入f 脉冲(màichōng)，则转过 f/ZrN 转，故电机转速为：
n 60 f rpm ZrN
4. 小步(xiǎo bù)距角磁阻式步 进电机 转子上有t 均3匀460分0布9的40个齿.
s3 ZrN 6 043 03 61 03
4.步进电机
2. 三相双三拍运行方式 按AB-BC-CA-AB或相反的顺序通电，每次同
时(tóngshí)给两相绕组通电，且三次换接为一个循 环。步距角与三相单三拍运行方式的步距角相同。
AB相导通
BC相导通
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第十页，共52页。
4.步进电机
3. 三相单、双六拍运行方式 按A-AB-B-BC-C-CA或相反(xiāngfǎn)顺序通电，即需 要六拍才完成一个循环，s因此6t 步9距60角为15：
低频共振现象
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第二十八页，共52页。
4.步进电机
➢脉冲频率很高时的连续运行 ➢ 当控制脉冲的频率很高时，脉 冲间隔的时间很短，电机转子尚未到 达第一次振荡的幅值，甚至还没有到 达新的稳定平衡位置，下一个脉冲就 到来。此时电机的运行已由步进变成 了连续平滑的转动(zhuàn dòng)， 转速也比较稳定。 ➢ 当频率太高时，也会产生失步， 甚至还会产生高频振荡。
➢ 一、反应式步进电动机的结构(jiégòu) ➢ 单段式
➢ 多段式
➢ a)径向磁路 ➢ b)轴向磁路
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第四页，共52页。
4.步进电机
径向磁路(cílù) 1—线圈；2—定子；3—转子
轴向磁路(cílù) 1—线圈；2—定子；3—磁轭
步进电机基本参数
步进电机基本参数步进电机是一种将电脉冲信号转换为相应的机械转动的电动机。
它是一种开环控制的电动机，具有高可靠性、精确性、稳定性和高效率等特点，广泛应用于机器人、数控机床、自动化设备等领域。
步进电机的基本参数包括步距角、步距、堵转力矩、保持力矩、步进角度、步进角误差等。
1. 步距角（Step Angle）：步进电机一个完整的360度旋转等于一个步距角，通常用度（°）表示。
常见的步距角有1.8度、0.9度、0.72度、0.36度等，其中1.8度最为常用。
2. 步距（Step Size）：步进电机一次脉冲信号所驱动的转动角度。
步距角是步距的倒数，即步进建为1/步距角。
3. 堵转力矩（Holding Torque）：即步进电机在静止状态下可以承受的最大转矩。
堵转力矩是选择步进电机的一个重要参数，决定了步进电机能否承受负载并保持位置。
4. 保持力矩（Detent Torque）：在步进电机没有通电情况下，转轴被阻碍转动的力矩，也称为无动力保持力矩。
5. 步进角度（Step Angle Accuracy）：步进电机的每个步进角度是否准确。
通常以百分比形式表示，如±5%。
6. 步进角误差（Step Error）：步进电机在空载或负载情况下，转动一定步数后，实际位置与理论应到的位置之间的误差。
步进角误差通常由步进电机制造商提供。
除了上述基本参数外，还有一些其他重要的参数需要考虑，如电流、电阻、电感、电感电阻比等。
7. 额定电流（Rated Current）：步进电机额定工作时的电流大小。
额定电流决定了步进电机的输出功率和热量产生量。
8. 电阻（Resistance）：步进电机内部的绕组电阻，影响电机的电流敏感性和损耗。
9. 电感（Inductance）：步进电机内部的绕组电感，与步进电机的响应速度和转速相关。
10. 电感电阻比（Inductance to Resistance ratio）：电感与电阻之间的比值，反映了步进电机的电机特性。
步进电机的选型与计算
步进电机的选型与计算步进电机是一种常见的电动机类型，广泛应用于各种自动控制系统中。
步进电机以其结构简单、运动精确和控制方便的特点，被广泛应用于打印机、数控机床、机器人等领域。
在选择步进电机和进行计算时，需要考虑以下几个方面：步进角度、扭矩、电流、电压、转速和加速度。
本文将对步进电机的选型和计算进行详细介绍。
1.步进角度选择步进电机通常有两种步进角度可选：1.8度和0.9度。
其中1.8度步进角度的电机更为常见，但如果需要更高的运动精度，可以选择0.9度步进角度的电机。
步进角度越小，电机一圈的步数越多，运动精度也就越高。
2.扭矩选择扭矩是步进电机的输出能力，通常由电机的尺寸和电流决定。
选择合适的扭矩需要考虑应用场景下的负载情况。
如果负载较大或需要较大的运动力矩，需要选择具有较大扭矩的电机。
3.电流选择4.电压选择选择步进电机的电压需要考虑到驱动器的额定电压。
步进电机的电压应该与驱动器能够提供的电压匹配，以确保电机正常工作。
通常，选择合适的电压可以提高电机的响应速度和运动精度。
5.转速和加速度选择在进行步进电机的计算时，可以根据具体的参数和公式进行计算。
以下是步进电机常用的几个计算公式：1.步进电机的转速计算公式：转速 = 频率× 步进角度× 60（单位：rpm）2.步进电机的转矩计算公式：转矩=功率/转速（单位：Nm）3.步进电机的加速度计算公式：加速度 = （最终速度 - 初始速度）/ 时间（单位：rad/s²）这些公式可以根据具体的参数进行灵活计算，以满足不同应用场景的需求。
总结起来，步进电机的选型和计算需要考虑步进角度、扭矩、电流、电压、转速和加速度等因素。
根据具体的应用场景需求，选择合适的步进电机，并进行相关参数的计算，以满足项目的设计要求。
第五章 步进电机
过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在
空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。
单三拍工作方式特点
三相绕组中每次只有一相通电、一个循环 周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。 （1）一个电脉冲，转子转过 30
到左图所示位置：1、3齿与A、
A′极对齐。
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。
• 步距角却因拍数增加1倍而减小到齿距
角的1/6， 即S= 15°。
各种工作方式特点归纳
（1）拍数为N，相数为m 时
若单拍运行，则拍数N=m； 若单双拍运行，则N=2m。 （2）经过一个通电循环，转子转过1个齿。
电机转速（）：
n 60 f Zr N
从以上对步进电机三种驱动方式的分析可 得步距角计算公式：
θ = ±π 这个位置是不稳定的，两个不稳定点之间的区域构 成静态稳定区。
电磁转矩的最大值称为最大静态转矩Tmax，它表示了步进电动 机承受负载的能力，是步进电动机最主要的性能指标之一。
1) 矩角特性 • 静止时若有外部转矩作用于转轴上，迫使转
子离开初始平衡位置而偏转，转子偏离初始 平衡位置的电角度称为失调角θ • 转子会产生反应转矩，也称静态转矩
第四章电动机及其控制
机座用来放置主磁极和换向磁极， 同时它也是磁路的一部分， 起导磁作用， 用铸铁或铸钢制成。 机座的两边各有一 个端盖， 端盖的中心是空的， 用以装转 轴。 主磁极由磁极铁心和励磁绕组组成， 可以是一对、 两对、 三对等。 当励磁绕 组通以直流电时， 产生恒定的磁场， 改 变电源电流的极性即可改变磁场的方向。 主磁极铁心一般都采用电磁铁， 由直流 电流来励磁。 只有小直流电机的主磁极 才用永久磁铁， 这种电机称为永磁直流 电机。
37
4.额定转速 电动机在额定运行时， 转轴的转 速称为额定转速。 5.额定功率 电动机额定运行状态下， 电动机 轴上输出的机械功率称为额定功率； 发 电机的额定功率是指供给负载的电功率。 6.额定励磁电流 电动机在额定运行的情况下， 通 过励磁绕组的电流称为额定励磁电流。
23
l为每根有效导体的长度， 取决于 电动机的结构， 是个定值； I为每根导 体中的电流， 与电枢电流Ia成正比。 直 流电动机受到的电磁转矩T是由所有有效 的导体所受电磁力F共同产生的， 正比 于电磁力F， 可以用下式来表示: T=CTΦIa 式中， CT为电磁转矩系数， 与电 机结构有关， 是个常数； Φ为每极磁通， 单位是Wb； Ia为电枢电流， 单位为A； T的单位为N· m。
第四章 控制电机及其选择计算
1
4.1 步进电动机及其控制
步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制、 并将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移 的控制电机。步进电动机由专用电源供给电 脉冲，每输入一个脉冲，步进电动机就前进 一步。 步进电动机是受脉冲信号控制的，因此适合 于作为数字控制系统的执行元件。在负载能 力的范围内，它的位移量与电脉冲数成正比 ，速度与脉冲频率成正比，所以，可以改变 脉冲电源的频率来实现调速。
什么是步进电动机-步进电动机和普通电动机的区别
什么是步进电动机?步进电动机和普通电动机的区别步进电机广泛用于数控机床、自动送料机、软盘驱动器的马达、打印机、绘图仪等设备中。
所谓步进电动机就是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构;更通俗一点讲：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。
我们可以通过掌握脉冲的个数来掌握电机的角位移量，从而达到精确定位的目的;同时还可以通过掌握脉冲频率来掌握电动机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
目前，比较常用的步进电动机包括反应式步进电动机(VR)、永磁式步进电动机(PM)、混合式步进电动机(HB)和单相式步进电动机等。
步进电动机和一般电动机的区分主要就在于其脉冲驱动的形式，正是这个特点，步进电动机可以和现代的数字掌握技术相结合。
但步进电动机在掌握精度、速度变化范围、低速性能方面都不如传统闭环掌握的直流伺服电动机;所以主要应用在精度要求不是特殊高的场合。
由于步进电动机具有结构简洁、牢靠性高和成本低的特点，所以步进电动机广泛应用在生产实践的各个领域;尤其是在数控机床制造领域，由于步进电动机不需要A/D转换，能够直接将数字脉冲信号转化成为角位移，所以始终被认为是最抱负的数控机床执行元件。
此外，步进电动机也存在很多缺陷;由于步进电机存在空载启动频率，所以步进电机可以低速正常运转，但若高于肯定速度时就无法启动，并伴有尖锐的啸叫声;不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大，细分数越大精度越难掌握;并且，步进电机低速转动时有较大的振动和噪声。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象一般的直流电机，沟通电机在常规下使用。
它必需由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成掌握系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等很多专业学问。
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，研制的厂家却特别少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。
步进电动机
Tf
L R'
频率越高，绕组中的平均电 流越小，电机所产生的平均 转矩大大下降，负载能力也 就大大下降了。
附加旋转电势的影响
电机铁心中的涡流损耗
二、静稳定区和动稳定区
通电时，转子每旋转一步最后停留的位置必须在动稳定区 内，即：静、动稳定区必须有所重叠，且从稳定性的角度来看，
重叠区间越大越好，这样，下一步就可继续沿着原来的旋转方
定子
转子
转子 θe
e
2
T正最大
静态转矩
定子
e
2
T负最大
定子
T
T
转子 θe θe
转子
矩角特性
步进电机产生的静态转矩T随失调角θe的变化规律
近似
T f e T j max sin e
Tjmax 稳定平衡点 /2
/2 静稳定区
θ
e
步进电动机的工作过程就是实现失调角为零的过程。
11.5 步进电动机的连续脉冲运行和动特性
连续转动状态 随着脉冲频率 f 的增高，电机转子还未稳定下来时，下一个 脉冲已经到来。 工业应用对步进电机的要求 不丢步/不越步 转子运动平稳 快速性
一、运行矩频特性 步进电机连续转动时的最大输出转矩T与驱动电源脉冲频率f间的关系
定子绕组电感的影响
L Tr R
11.4 步进电动机的单步运行状态
单步运行状态
仅改变一次通电状态或输入脉冲频率非常低
空载
加载
a
Tq
极限负载 or 极限启动转矩 电机以一定通电方式运行时，相邻矩角特性的交点所对应的转矩
3 Tq T j max 2
A
AB
B
步进电机型号、参数、选择
一、步进电动机简介
1. 步进电动机的历史 2. 步进电动机的定义
3. 4. 5. 6. 7.
步进电动机的工作原理 步进电动机的机座号 步进电动机构造 步进电动机主要参数 步进电动机的特点
一、步进电动机简介
1. 步进电动机的历史：德国百格拉公司于1973年发明了五相混 合式步进电机及其驱动器；1993年又推出了性能更加优越的三相 混合式步进电机。我国在80年代以前，一直是反应式步进电机占 统治地位，混合式步进电机是80年代后期才开始发展。 2. 步进电动机的定义：是一种专门用于速度和位置精确控制的 特种电机，它旋转是以固定的角度（称为步距角）一步一步运行 的，故称步进电机。 3. 步进电动机的工作原理 以单极性电机为例来解释 工作原理
4. 步进电动机的机座号：主要有35、39、42、57、86、110等 5. 步进电动机构造：由转子（转子铁芯、永磁体、转轴、滚珠 轴承），定子（绕组、定子铁芯），前后端盖等组成。最典型两相 混合式步进电机的定子有8个大齿，40个小齿，转子有50个小齿； 三相电机的定子有9个大齿，45个小齿，转子有50个小齿。
2. 电机定位精度的选择
机械传动比确定后，可根据控制系统的定位精度选择步进电机 的步距角及驱动器的细分等级。一般选电机的一个步距角对应 于系统定位精度的1/2 或更小。 注意：当细分等级大于1/4后，步距角的精度不能保证。 伺服电机编码器的分辨率选择：分辨率要比定位精度高一个数量 级。
3. 电机力矩选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静 力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯 性负载和摩擦负载二种。直接起动时（一般由低速）时二种负 载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要 考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好， 静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸） • 转动惯量计算
步进电机伺服电机
7.3.1 认知步进电机及驱动器1、步进电动机简介步进电动机是将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的一种特殊执行电动机。
每输入一个电脉冲信号，电机就转动一个角度，它的运动形式是步进式的，所以称为步进电动机。
（1）步进电动机的工作原理下面以一台最简单的三相反应式步进电动机为例，简介步进电机的工作原理。
图7-10是一台三相反应式步进电动机的原理图。
定子铁心为凸极式，共有三对（六个）磁极，每两个空间相对的磁极上绕有一相控制绕组。
转子用软磁性材料中制成,也是凸极结构，只有四个齿，齿宽等于定子的极宽。
图7-10 三相反应式步进电动机的原理图当A相控制绕组通电，其余两相均不通电，电机内建立以定子A相极为轴线的磁场。
由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，使转子齿1、3的轴线与定子A相极轴线对齐，如图7-10（a）所示。
若A相控制绕组断电、B相控制绕组通电时，转子在反应转矩的作用下，逆时针转过30°，使转子齿2、4的轴线与定子B相极轴线对齐，即转子走了一步，如图7-10（b）所示。
若在断开B相，使C相控制绕组通电，转子逆时针方向又转过30°，使转子齿1、3的轴线与定子C相极轴线对齐，如图7-10（c）所示。
如此按A—B—C—A的顺序轮流通电，转子就会一步一步地按逆时针方向转动。
其转速取决于各相控制绕组通电与断电的频率，旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序。
若按A—C—B—A的顺序通电，则电动机按顺时针方向转动。
上述通电方式称为三相单三拍。
“三相”是指三相步进电动机；“单三拍”是指每次只有一相控制绕组通电；控制绕组每改变一次通电状态称为一拍，“三拍”是指改变三次通电状态为一个循环。
把每一拍转子转过的角度称为步距角。
三相单三拍运行时，步距角为30°。
显然，这个角度太大，不能付诸实用。
如果把控制绕组的通电方式改为A→AB→B→BC→C→CA→A，即一相通电接着二相通电间隔地轮流进行，完成一个循环需要经过六次改变通电状态，称为三相单、双六拍通电方式。
步进电动机的分类
步进电动机的分类
1. 反应式步进电动机知道不？就像一个反应超级迅速的小战士！比如那种快速响应指令的智能小机器人，里面说不定就用了这种电动机呢。
2. 永磁式步进电动机啊，这就好比是一个固执的大力士，有自己的固定力量呢！像一些需要稳定力量输出的设备不就常用它嘛。
3. 混合式步进电动机，哎唷，那可厉害了，就像一个全能选手！很多精密仪器里面不都有它的身影嘛。
4. 单极性步进电动机，就像个只会朝一个方向努力的家伙，虽然有点一根筋，但有些时候还真少不了它呀！你想想那些只需要单向转动的小装置。
5. 双极性步进电动机呀，就如同一个灵活多变的精灵，能在不同方向上自由舞蹈呢！就像那种可以灵活转向的小玩具车。
6. 可变磁阻式步进电动机，这不就是一个会跟着环境变化而改变策略的智者嘛！在一些不断变化的工作场景中，它可有用啦，比如那种会自动调节的小工具。
7. 直线步进电动机，哇哦，那可是能像箭一样直直冲出去的勇士！像一些直线运动的设备可不就靠它嘛。
8. 旋转步进电动机，可不就像是个不知疲倦的小陀螺嘛！那一直在转呀转的，好多需要旋转运动的东西都离不开它呢。
9. 多相步进电动机，就像一个团结协作的团队，众人拾柴火焰高呀！在一些大型的、复杂的机器中常常能看到它们齐心协力的工作呢。
总之，步进电动机的分类可真丰富呀，每一种都有自己独特的魅力和用途，它们让我们的生活变得更加精彩和便捷！。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实验报告
课程名称：控制电机
实验项目：步进电动机
实验地点：电机馆一层电机实验室专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：王淑红
2013 年 4 月25 日
一、实验目的和要求
1、通过实验加深对步进电动机的驱动电源和电机工作情况的了
解。
2、掌握步进电机基本特征的测定方法。
二、实验内容
1、空载突跳频率的测定
2、空载最高连续工作频率的测定
三、主要仪器设备
四、操作方法与实验步骤
图1-9 步进电机实验接线图
1、空载突跳频率的测定
2、控制系统连续运行状态，按执行键，电机连续运转后，调节速
度旋钮使频率调高至某频率（自动指示当前频率）。
按设置键步进电动机停转，再重新起动电机（按执行键），观察电机能否运行正常，如正常，则继续提高频率，直至电机不失步启动的最高频率，则该频率为步进电机的空载突跳频率。
3、空载最高连续工作频率的测定
步进电机空连续运转后缓慢调节速度旋钮使频率提高，仔细观察电机是否不失步，如不失步，则缓慢提高频率，直至电机能连续运转的最高频率，则该频率为步进电机空载最高连续工作频率。
五、实验数据记录
空载突跳频率为Hz
空载最高连续工作频率为Hz
六、实验结果与分析。