步进电机的结构与原理
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
步进电机的结构和工作原理
步进电机的结构和工作原理
嘿，朋友！今天咱来聊聊步进电机这个神奇的玩意儿！你知道吗，步进电机就像是一个超级精准的小舞者，在各种设备里欢快地跳动着。
先来说说它的结构吧。
步进电机就像是一个小巧而精致的“房子”，里面有定子和转子这两个重要的部分。
定子就像是“房子”的墙壁，稳稳地立在那里；而转子呢，就像在“房子”里欢快转动的小轮子。
比如说在打印机里，定子就固定在那里，给转子提供一个稳定的环境，让转子顺畅地转动，从而带动打印头精确地移动。
那它的工作原理又是什么呢？这可太有趣啦！可以把它想象成是一个非常听话的小士兵。
我们给它发送一个一个的电脉冲信号，它就会一步一步地按照我们的指令前进。
就好比我们在指挥小士兵进行队列训练，每一个指令它都一丝不苟地执行。
比如在数控机床里，我们通过控制电脉冲，让步进电机精确地带动刀具移动，从而加工出各种精密的零件，是不是超级厉害！
“哎呀呀，这步进电机咋这么神奇呢！”你可能会这样惊叹。
没错呀，它就是这么牛！虽然它看起来小小的，但其作用可真是不容小觑呢！在我们生活中的很多地方都能看到它的身影，从家用电器到工业设备，它都在默默地贡献着自己的力量。
我觉得啊，步进电机就像是一个默默奉献的小英雄，虽然它不被大多数人所熟知，但却在各种领域里发挥着至关重要的作用。
我们真应该好好感谢它，感谢它让我们的生活变得更加便利和精彩呀！。
步进电机结构及工作原理
步进电机结构及工作原理步进电机是一种特殊的电动机，它可以通过电脉冲控制精确地旋转一定角度，并且不需要传统的反馈系统。
步进电机主要由定子、转子和控制电路组成。
1. 定子步进电机的定子通常由两个或多个绕组组成，每个绕组都被连接到一个相位驱动器上。
这些绕组被排列在定子上，并且相互之间呈90度的偏移角度。
当驱动器向一个绕组发送脉冲时，该绕组会产生一个磁场，吸引转子中的磁铁。
2. 转子步进电机的转子通常由磁铁或永磁体构成。
当定子中的绕组被激活时，它们会产生一个磁场，吸引或排斥转子中的磁铁。
这种作用力使得转子沿着旋转方向移动一定角度。
3. 控制电路步进电机的控制电路通常由微处理器、计数器和驱动器构成。
微处理器负责计算出需要发送给驱动器的脉冲序列，并将其发送到计数器中进行计数。
当计数器达到预设值时，它会向驱动器发送一个脉冲，激活定子中的绕组。
工作原理：步进电机的工作原理基于磁场的相互作用。
当定子中的绕组被激活时，它们会产生一个磁场，吸引或排斥转子中的磁铁。
这种作用力使得转子沿着旋转方向移动一定角度。
每次激活定子中的一个绕组都会使得转子旋转一定角度，这个角度通常称为步进角。
步进电机可以通过改变脉冲序列和频率来控制旋转速度和方向。
当需要逆时针旋转时，只需要改变脉冲序列的顺序即可。
此外，步进电机还可以通过微处理器控制来实现精确的位置控制和速度调节。
总结：步进电机是一种特殊的电动机，它可以通过电脉冲控制精确地旋转一定角度，并且不需要传统的反馈系统。
步进电机主要由定子、转子和控制电路组成。
当驱动器向一个绕组发送脉冲时，该绕组会产生一个磁场，吸引或排斥转子中的磁铁。
这种作用力使得转子沿着旋转方向移动一定角度。
步进电机可以通过改变脉冲序列和频率来控制旋转速度和方向，并且可以通过微处理器控制来实现精确的位置控制和速度调节。
步进电机结构及原理
步进电机结构及原理
步进电机是一种将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
它利用电磁学原理，将电能转换为机械能。
其结构通常包括前后端盖、轴承、中心轴、转子铁芯、定子铁芯、定子组件、波纹垫圈和螺钉等部分。
步进电机的工作原理基于电磁感应定律。
当施加在电机线圈上的电脉冲信号产生磁场时，磁场与定子铁芯相互作用产生转矩，驱动转子旋转。
通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制。
每接收一个脉冲信号，步进电机就按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，其旋转是以固定的角度一步一步运行的。
步进电机具有一些显著的特点。
首先，它们是开环控制系统的一部分，这意味着它们不依赖于位置反馈来调节运动。
其次，步进电机具有高精度的定位能力，这使得它们在需要精确控制位置的应用中非常有用。
此外，步进电机可以在不同的负载条件下保持恒定的速度，因为电机的转速只取决于脉冲信号的频率，而不受负载变化的影响。
总的来说，步进电机是一种功能强大且适应性强的电机类型，广泛应用于各种需要精确控制位置和速度的场合。
如需了解更多信息，建议咨询电机方面的专家或查阅相关专业书籍。
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
步进电机结构及工作原理简介
步进电机结构简介按照励磁方式分类，步进电机可分为反应式、永磁式和感应子式。
其中反应式步进电机用的比较普遍，结构也较简单。
本课题采用的也是此类电机。
反应式步进电机又称为磁阻式步进电机，其典型结构如图1所示。
这是一台三相电机，定子铁心由硅钢片叠成，定子上有6个磁极，每个磁极上又各有5个均匀分布的矩形小齿。
三相电机共有三套定子控制绕组，绕在径向相对的两个磁极上的一套绕组为一相。
转子也是由叠片铁心构成，转子上没有绕组，而是由40个矩形小齿均匀分布在圆周上，相邻两齿之间的夹角为9度。
下面简述其工作原理。
当某相绕组通电时，对应的磁极就会产生磁场，并与转子形成磁路。
若此时定子的小齿与转子的小齿没有对齐，则在磁场的作用下，转子转动一定的角度使转子齿与定子齿对应。
由此可见，错齿是促使步进电机旋转的根本原因。
例如，在单三拍运行方式中，当A相控制绕组通电，而B、C相都不通电时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，所以转子齿与A相定子齿对齐。
若以此作为初始状态，设与A相磁极中心磁极的图1 步进电机剖面结构转子齿为0号齿，由于B相磁极与A相磁极相差120度,且120度/9度＝13.333不为整数，所以，此时13号转子齿不能与B相定子齿对齐，只是靠近B相磁极的中心线，与中心线相差3度。
如果此时突然变为B相通电，而A、C相都不通电，则B相磁极迫使13号小齿与之对齐，整个转子就转动3度。
此时称电机走了一步。
同理，我们按照A→B→C→A顺序通电一周，则转子转动9度。
转速取决于各控制绕组通电和断电的频率（即输入脉冲频率），旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序。
如上述绕组通电顺序改为A→C→B→A······则电机转向相反。
这种按A→B→C→A······方式运行的称为三相单三拍，“三相”是指步进电机具有三相定子绕组，“单”是指每次只有一相绕组通电，“三拍”是指三次换接为一个循环。
步进电机结构及工作原理
步进电机结构及工作原理步进电机是一种将电能转化为机械能的电机，其工作原理是通过交替激励电流使电机转动一定角度。
步进电机的结构主要包括转子、定子、驱动电路和传感器。
转子是步进电机的旋转部件，通常采用多个磁极组成。
常见的转子形式包括两相、三相、四相等。
每个磁极上通有一个电线圈，通过控制电流的通断来实现对电机的控制。
定子是一个定位部件，通常由磁铁或磁性材料制成。
定子的作用是提供一个磁场，使转子能够在不同的位置停留。
定子的磁场较为稳定，当转子旋转时，定子的磁场不随其变化。
驱动电路是步进电机的控制部分，负责向电机提供合适的电流信号，控制电机旋转的角度和速度。
驱动电路一般由调速器和功率放大器组成，通过对电流的控制来实现对电机的精确控制。
传感器是一种用于检测电机转动状态的装置，主要用于监控电机的位置和速度。
传感器可以是光电传感器、霍尔传感器等。
当电机旋转到指定位置时，传感器会发出信号，将信号传输给控制系统。
步进电机的工作原理是利用保持磁场的定子和改变磁场的转子之间的相互作用来实现电机的旋转。
当定子的磁场与转子的磁场相互作用时，转子会发生磁力作用，从而使步进电机旋转。
步进电机根据不同的控制方式可以分为开环步进电机和闭环步进电机。
开环步进电机是通过控制驱动电路向电机提供脉冲信号来控制电机的旋转角度和速度。
当驱动电路接收到一个脉冲信号后，会向电机通入一定电流，使电机转动一个固定的角度。
通过不断输入脉冲信号，可以实现电机的连续旋转。
闭环步进电机是在开环步进电机的基础上增加了位置反馈系统。
闭环步进电机通过传感器检测电机的位置和速度，并将信息返回给驱动电路。
驱动电路根据传感器的反馈信号来调整电流的大小和方向，实现对电机转动的精确控制。
步进电机具有结构简单、控制方便、输出扭矩大等优点，常应用于机床、自动控制系统、印刷设备等领域。
步进电机结构及工作原理
1、步进马达是由驱动器发出的脉冲信号来控制转速和转向的马达。
步进马达每接收到一个脉冲信号，将产生一个恒定量的步进运动，即产生一定量的角位移。
这个位移的角度就叫作步进角。
（它主要是由示波器进行控制）它是由线圈架、铜线、极齿组成，定子在励磁时极齿被磁化产生磁场，并与转子磁场相互作业。
2、步进马达的工作原理：步进马达工作时要有一个能提供脉冲信号的电子驱动电路。
生产部门用的是大的驱动器（示波器），它的工作过程为：指令→变频信号源→脉冲分配器→ 脉冲放大器→ 步进马达。
当马达工作时，驱动电路按预先设定的频率，向步进马达发出固定的脉冲频率信号（PPS），PPS－Pulses Per Second信号数/每秒。
（注意了，这个PPS是周波数的用作单位来着）当步进马达收到脉冲信号后，定子线圈产生磁场（励磁），根据电流的方向可以用右手定则来判断磁场方向，（线圈的A相与B相分别判断）如定子极齿为N极，则外壳极齿就为S极。
反之，定子极齿为S极，外壳极齿就为N极。
由于定子极齿与外壳极齿产生了交错的磁极，并与转子的交错磁极相互吸引，根据马达励磁方式的通电顺序，决定了马达的旋转方向（CW、CCW）。
步进马达接收到一个脉冲信号，定子磁场就变化一次，转子就转一个步进角。
连续向马达发出脉冲信号，马达就连续转动。
在一定范围内调整马达的周波（PPS），就可以调整步进马达的转速。
所以马达的转速不受电压的影响，而受周波数的影响。
周波数越大，马达的转速越快，马达消耗的电流就越小。
3、马达内部结构：图片有事有不过我的级别不够不能给你发过来，过意不去了只能给你简单的介绍下了（以下是基本普遍的的马达，无法说的太详细）：步进马达结构主要分为：外壳、定子、转子、马达、钢球、支架、弹簧垫片、垫圈、轴承、丝杆轴、齿轮（滑轮）等部品。
部品名称及用处；1）、外壳：包装支撑马达，外壳极齿在定子励磁时被磁化产生磁场。
2）、定子：由线圈架、铜线、极齿组成，定子在励磁时极齿被磁化产生磁场，并与转子磁场相互作业。
- 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)。
第一节 步进电机分类
5、步进电动机的应用领域
步进电机主要用于一些有定位要求的场合。
例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位）， 包装机（定长度）。打印机，汽车油门控制系统，扫描仪等。 基本上涉及到定位的场合都用得到。
第二节 步进电机结构和工作原理
1、步进电机的结构
第二节 步进电机结构和工作原理
1、步进电机的结构 由定子和转子二大部分组成
转子
定子
第二节 步进电机结构和工作原理
1、步进电机的结构－－定子
第二节 步进电机结构和工作原理
1、步进电机的结构－－定子
第二节 步进电机结构和工作原理
2、步进电机的结构－－转子
第二节 步进电机结构和工作原理
2、步进电机的结构－－转子
第二节 步进电机结构和工作原理
运行指令 变频信号
控制器
控制器功能： 由指令系统发出的速度和方 向指令，控制脉冲发生系统产生 相应频率的脉冲信号和高、低电 平的方向信号。
第四节 步进电机控制系统
3、控制的器作用
方向信号
运行指令 变频信号 E 正转 反转
控制器
速度信号 运动轨迹信号 E
t 速度信号
v
T1
v
T1
t
x 运动轨迹信号
x
第四节 步进电机控制系统
反应式
永磁式
混合式
第一节 步进电机分类
4、步进电动机的发展
20世纪60年代后期，在步进电动机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用 性步进电动机也应运而生，而半导体技术的发展则推进了步进电动机在众多领域 的应用。 在近30年间，步进电动机迅速地发展并成熟起来。从发展趋向来讲，步进电 动机已经能与直流电动机、异步电动机、以及同步电动机并列，从而成为电动机 的一种基本类型。 我国步进电动机的研究及制造起始于本世纪50年代后期，从50年代后期到60 年代后期，主要是高等院校和科研机构为研究一些装置而使用或开发少量产品， 这些产品以多段结构三相反应式步进电动机为主。 70年代初期，步进电动机的生产和研究有所突破，除反映在驱动器设计方面 的长足进步外，对反应式步进电动机本体的设计研究发展到一个较高水平。 70年代中期至80年代中期为成品发展阶段，新品种高性能电动机不断被开发。 自80年代中期以来，由于对步进电动机精确模型做了大量研究工作，各种混合式 步进电动机及驱动器作为产品广泛利用
第四节 步进电机控制系统
4、步进电机使用
步进电机
第四节 步进电机控制系统
4、步进电机使用
步进电机
第四节 步进电机控制系统
4、步进电机驱动器使用
第四节 步进电机控制系统
STEP/ REV D4 D3 1600 3200 6400 12800
ON ON
OFF ON
ON OFF
OFF OFF
输出电流设定
1、 步距角 ----从一相通电换接到另一相通电，转子转过一
个步距角，一般范围在0.50～30 。
2、起动频率：步进电动机能够不失步起动的最高频率。起动 频率是随着负载大小而变化的，负载大，起动频率低。
fq
fq
0
TL
0 启动惯频特性
J
启动矩频特性
第三节 步进电机主要技术指标
3、连续运行频率：
步进电机连续运行时，如输入脉
冲频率逐渐升高仍能保证不丢步运行的极限频率，称为连续
运行频率。有时称为最高连续频率或最高工作频率，记作
fmax．连续运行频远大于启动频率fq ，这是出于启动时有较 大的惯性扭矩并需要一定加速时间缘故．
第三节 步进电机主要技术指标
4、最大静态转矩Mmax----是指在某相始终通电，转子不动时， 所能承受的最大负载转矩。反映了制动能力和低速步进运行
电源
L Ta R
驱动信号 电流放大器
步进电机 一相绕组
R1
R2
第四节 步进电机控制系统
1、步进电机控制系统方框图
运行指令 变频信号 脉冲分配 功率放大 步进电机
控制器
驱动器
执行元件
步进电机控制系统由控制器、驱动器和执行元件等三大部分组成。
第四节 步进电机控制系统
2、控制器
指令系统 控制器组成： 变频脉冲发生系统
（2）功率放大器
第一相放大器器 输入脉冲 环形 分配器 第二相放大器器 步进 电机
负载
第三相放大器
电源 步进电机 一相绕组 R1
R2
驱动信号
电流放大器
第四节 步进电机控制系统
（2）功率放大器
+U1高压 +U2低压
高压控制 回路
R12
U
控制信号
步进电机 绕组
U1
U2
低压控制 回路
R12
高低电压切换电源
4、步进电机的结构原理－－反应式
定子上有六个均布的磁极，每个 磁极上又有5个小齿，齿距相等， 齿间夹角为9 度
转子上无绕组，只有均布的 40 个小 齿，定子磁极的齿与转子上的齿依 次错开1/3齿距。
第二节 步进电机结构和工作原理
5、步进电机的工作原理－－反应式
第二节 步进电机结构和工作原理
5、步进电机的工作原理－－反应式
反应式结构
反应式
永磁式
混合式
第一节 步进电机分类
3、步进电动机分类
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，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。
3、步进电机的结构原理
(1)定子由硅钢片叠成，装上一定相数的
控制绕组，由环行分配器送来的电脉冲对
多相定子绕组轮流进行励磁；
-
第二节 步进电机结构和工作原理
3、步进电机的结构原理
(2)转子
由用硅钢片叠成或用软磁性 材料做成凸极结构。
-
转动1 个齿，转角发生了90度变化。
第二节 步进电机结构和工作原理
R1
R2
第四节 步进电机控制系统 2、驱动器
第四节 步进电机控制系统 2、驱动器
步进电动机的驱动器由: 脉冲分配器 功率放大器(驱动)
第一相放大器器 输入脉冲 环形 分配器 第二相放大器器 步进 电机
负载
第三相放大器
第四节 步进电机控制系统
（1）脉冲分配器
第一相放大器器 输入脉冲
环形 分配器
第二相放大器器
A相绕组通电
B相绕组通电
C相绕组通电
第二节 步进电机结构和工作原理
5、步进电机的工作原理－－反应式
第二节 步进电机结构和工作原理
5、步进电机的工作原理－－反应式
转 子 齿 数 z=40 ， 相 数 m=3 ， t 为 齿 距，其对应空间 角度为 360 ／ 40=9 度，则定子相邻 磁极间的转子齿 数为 6.2/3
时的负载能力。
Tjmax
-π
T
稳定平衡点 +π 0 θ e
转角特性图
这项指标反映了步进电机的带负载能力和工作的快速响应 特性。Mmax值愈大，电机带负载能力愈强，快速性愈好．
第三节 步进电机主要技术指标
5、矩频特性：动态转矩与脉冲频率的关系称为矩频持性，步 进电机的动态转矩即电磁力矩随频率升高而急剧下降．
依此轮流通电，转子就沿着A—B— C的方向旋转。 从一相通电换接到另一相通电，转 子转过一个步距角，称为一拍 在一个循环周期内换接三次，称为 三相单三拍运行 动画 如果通电方式按 AB—BC—CA 的顺序， 每次接通两相绕组，称为三相双三 拍运行。步距角也是30度
动画
当 按 A—AB—B—BC—C—CA—A 顺 序 通电，则一个循环周期内换接六次， 称为三相六拍运行，此时步距角为 15度 动画
答：需要L/δ=4×104个脉冲，即要走4×104步(166.7 圈)才能走完这段距离。
第四节 步进电机控制系统
(1)步数和速度控制 速度的控制 通过控制脉冲分配频率可 实现步进电动机的速度控制。 速度控制也有硬、软件两种 方法。 硬件方法是在硬件脉冲分 配器的脉冲输入端(CP)接一 个可变频率脉冲发生器，改 变其振荡频率，即可改变步 进电动机速度。
第四节 步进电机控制系统
（1）、运动控制卡开环控制系统—组成
运动控制卡 并口线
计算机
开关电源
I/O板
（1）、运动控制卡开环控制系统—连接
步进电机
I/O板
驱动器
并口线
运动控制卡
开关电源
计算机
（1）、运动控制卡开环控制系统—连接
26.31.33 34 32
DIR1+ 方向信号输入端 （DIR1-） OUT1+ 脉冲信号输入端 （OUT1-）
步进电机
DC24V
（1）、运动控制卡开环控统—与计算机相连接
（2）、单片机开环控制系统
步进电机
驱动器
单片机
开关电源
（2）、单片机开环控制系统
（2）、单片机开环控制系统
步进电机
单片机
输入 AC220V
开关电源
（3）、PLC开环控制系统
Mq
0 矩频特性
f
第三节 步进电机主要技术指标
为什么频率增高以后步进电机的负载能力
要下降呢？
Tq
电源 0 步进电机 一相绕组 R1
f
R2
驱动信号