步进电动机的结构与工作原理
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。
4.4 步进电动机
电机对外做功的能源。 电磁转矩T驱使转子转过偏转角dθ 时，步进电动机对外输出的机械 能 Tdθ ，从能量平衡关系 Tdθ = dWm 即静态转矩为 在线性系统中
dW dWm dθ 1 Wm = LI 2 2 T=
若控制绕组中的电流I为常数，每相控制绕组是两个极上绕组串接而成， 且每极绕组的匝数为N，则
n= 60 f Zr N
f 为控制脉冲的频率，即每秒输入的脉冲数。 反应式步进电动机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，与电源电 压、负载、温度等因素无关。改变脉冲频率可以改变转速，故可进行无 级调速。
f 60 f 60 f 360o n= = = o θs 步进电动机的转速还可用步距角表示 Zr N Zr N 360o 6
N NZr N ， N为运行拍数， = k ⋅ m (k = 1 2) ，m为电机相数。
步距角与拍数N及转子齿数Zt有关。减小步距角，可提高控制精度。 在一个齿距内磁场变化一个周期，用电角度表示时，一个齿距就对应 360°电角度（或 2π 电弧度)。用电角度（或电弧度）表示的齿距角 为 θte = 360o 。
图4-29 永磁式步进电动机
4.5.1 步进电动机的其它类型
3. 感应子式永磁步进电动机
图4-30 感应子式永磁步进电动机
结构 两相感应子式永磁步进电动机的定子结构与单段反应式步进电 动机相同，1、3、5、7极上的控制绕组串联为A相，2、4、6、8极 上的控制绕组串联为B相。转子是由环形磁铁和两端铁心组成。两 端转子铁心上沿外圆周开有小齿，两端铁心上的小齿彼此错过1/2齿 距。定、转子齿数的配合与单段反应式步进电动机相同。
四相八拍运行时的步距角是四相四拍运行时的一半。 四相双四拍运行 通电方式为AC→CB→BD→DA→…。步距角与四相单四拍运行时一样 为1/4齿距角，即1.8°。
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。
步进马达工作原理
步进电机工作原理步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械转动的电动机。
它具有精确的位置控制、高转矩和快速响应的特点，被广泛应用于自动化控制系统中。
步进电机的工作原理基于磁场与电流之间的相互作用。
它由一个或多个定子线圈和一个旋转的转子组成，通过控制定子线圈通电和断电来实现精确的旋转运动。
1. 简介步进电机可以分为两种类型：永磁式步进电机和混合式步进电机。
永磁式步进电机由一个旋转的永磁体和一组定子线圈组成，通过改变定子线圈中的电流方向来控制旋转方向。
混合式步进电机结合了永磁式和可变磁阻式两种原理，具有更高的分辨率和更大的扭矩。
2. 工作原理步进电机通过在定子线圈中施加脉冲信号来实现旋转运动。
每个脉冲信号使得定子线圈中产生一个特定的磁场方向，这个磁场将与转子上的磁场相互作用，从而产生转矩。
步进电机的转子上通常有一组磁极，每个极对应一个角度。
当脉冲信号施加在定子线圈上时，定子线圈中的电流会在磁铁中产生一个特定的磁场。
这个磁场与转子上的磁极相互作用，使得转子旋转到一个新的角度。
3. 步进角和步进模式步进电机的旋转是按照一定的角度进行的，这个角度称为步进角。
步进角取决于步进电机的结构和驱动方式。
常见的步进电机有1.8度、0.9度和0.45度等。
步进电机可以以不同的方式工作，称为步进模式。
常见的步进模式有全步进模式（Full Step）、半步进模式（Half Step）和微步进模式（Microstep）等。
在全步进模式下，每个脉冲信号使得转子旋转一个完整的步进角；在半步进模式下，每个脉冲信号使得转子旋转半个步进角；在微步进模式下，每个脉冲信号使得转子旋转一个更小的角度。
4. 驱动电路步进电机需要一个驱动电路来控制定子线圈的通断。
常见的驱动电路有双极性和单极性两种。
双极性驱动电路使用H桥电路来实现正反转。
它通过控制四个开关的状态来改变定子线圈中的电流方向，从而控制旋转方向。
双极性驱动电路简单可靠，适用于大多数步进电机。
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
步进电机控制技术
四、反应式步进电机的特性
动态稳定区：(-π+θse)<θ<(π+θse) a点与OA点之间的夹角θr称为稳定裕度(或裕量角)。裕量
角越大，电动机运行越稳定。
r se
2 Z r (mC 2) mZ r C mC
由上式可见，C=1时，反应式步进电动机的相数最少为3。 电动机的相数越多，步距角越小，相应的稳定裕度越大，运
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构 和工作原理。
一、步进电机简介及结构
步进电动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 。
定子绕组
定子
转子
一、步进电机简介及结构
A IA
定子 转子
定子的六个磁 极上有控制绕组， 两个相对的磁极组 成一相。
注意：
这里的相和三 相交流电中的“相” 的概念不同。步进 电动机通的是直流 IB B 电脉冲，这主要是 指线圈的联接和组 数的区别。
冲的最高频率，它是步进电动机的一项重要技术指标。它的大小与电机本 身的参数、负载转矩、转动惯量及电源条件等因素有关，它是衡量步进电
动机快速性的重要技术指标。
1)按能起动的最短脉冲间隔时间tf便可决定电动机的起动频率fst，则 fst=1/tf
2)起动频率fst的大小与电动机的步距角θS有关。
3)电动机的最大静转矩Tsm越大，作用于电动机转子上的电磁转矩也越大， 使加速度越大，转子达到动稳定区所需时间也就越短，起动频率fst越高。
二、步进电机工作方式
三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。 工作过程：
A
B' 4 1 2 3 A'
第九章-步进电动机传动控制系统
是电机作单步运动
所能带动的极限负载，也称为极限启动转矩。实际电机所 带的负载转矩TL必须小于极限启动转矩才能运行，即电机 所带负载的阻转矩 TL＜
Tst
步距角减少可使相邻矩角特性位移减少， 就可提高极限
启动转矩Tst，增大电机的负载能力。三相六拍时，矩角特
性幅值不变，而步距角小了一半，故极限启动转矩。
(b) (c) 图 三相六拍运行 (a) A相通电； (b) A、 B相通电；(c) B相通电 第8 页
(a)
③三相双三拍运行
通电方式AB→BC→CA→AB‥，一拍转过30 °。
9
步进电动机的结构
10
转子齿数 齿距角
z表示.
转子相邻两齿间的夹角，用θ z 表示。 z 拍和步距角
Tst 时，A相通电时，转子处于a”点；改由B相通电 情况2：负载转矩 TL
时，转子不能前进。
图9.6 最大负载能力的确定
25
•最大负载转矩（起动转矩）
步进电动机在步进运行时所能带动的最大负载，可由相邻
Tst
两条矩角特性交点所对应的电磁转矩
相邻矩角特性的交点所对应的转矩
Tst
来确定。
T A T sm sin e
则B通电时，距角特性为
T B T sm sin( e 120 )
图 A相、B相定子齿相对转子齿的位置
21
当A、B两相同时通电时合成矩角特性应为
T A B T A T B T sm sin e T sm sin( e 120 ) T sm sin( e 60 )
使各相电流平衡。
VD2及Rf2作用是构成续流电路。
这种电源效率较高，起动和运行频 率也比单一电压型电源要高。
简述反应式步进电动机的工作原理是什么
简述反应式步进电动机的工作原理是什么
反应式步进电动机是一种常见的电动机类型，其工作原理较为特殊。
这种电动机通过不同相的电磁线圈交替通电来实现电机转动，从而完成精确的位置控制。
其原理可以简述如下：
首先，反应式步进电动机由定子和转子两部分构成，定子内包含若干个电磁线圈，而转子则是带有永久磁铁的转动部分。
当电流通过定子中的某一电磁线圈时，该线圈会产生一个磁场。
而转子上的永久磁铁会受到这个磁场的作用，从而使转子产生一个力矩，试图将其旋转以对齐磁场。
这样，电磁线圈和永久磁铁之间就形成了一种相互作用力，驱动转子旋转。
要实现电机的步进运动，就需要将各个电磁线圈按照一定的顺序依次通电。
通过依次激活这些线圈，可以使得转子按照精确的步进角度进行旋转，从而实现位置控制。
控制通电顺序的电路系统可以根据需求进行设计，以满足不同应用场景对步进电动机的要求。
反应式步进电动机的工作原理简单清晰，且结构相对较简单，使其在许多领域都有着广泛的应用。
例如在打印机、数控机床、机器人等领域，步进电动机都是一种常见的驱动设备。
其高精度的位置控制能力，使得其在需要准确控制位置和速度的场合具有明显的优势。
总的来说，反应式步进电动机通过不同相的电磁线圈交替通电，利用电磁力驱动转子旋转，从而实现精确的步进运动。
其简单的结构和精准的位置控制能力，使其成为许多自动化系统中不可或缺的重要组成部分。
1。
步进电机和直流无刷电机内部结构
步进电机和直流无刷电机内部结构
步进电机和直流无刷电机是常见的两种电机类型，它们在内部结构上有一些区别。
1. 步进电机的内部结构：
步进电机由定子、转子、磁路和绕组等组成。
定子通常是由磁铁或电磁铁制成，用于产生磁场。
转子通常是由带有磁性材料的齿轮或磁铁制成，围绕着定子旋转。
步进电机中的绕组被连到外部的电源，从而使电机产生磁场并实现旋转。
步进电机的转子以步进的方式运动，每次接收一个控制信号就会迈进一个固定的角度。
2. 直流无刷电机的内部结构：
直流无刷电机由永磁体、定子、转子和电子元件等组成。
永磁体通常由强磁性材料制成，用于产生磁场。
定子是包含绕组的部分，它的绕组被连接到外部电源，使电机产生磁场。
转子通常由带有磁性材料的永磁体制成，并通过与定子磁场的相互作用来旋转。
直流无刷电机的电子元件负责控制定子绕组的电流，以实现转子的旋转控制。
总的来说，步进电机是一种根据控制信号进行精确步进运动的电机，而直流无刷电机则通过电子元件控制定子电流，实现平滑的旋转运动。
这两种电机在不同的应用场景中有着各自的优势和特点。
步进电机结构及工作原理
小步距角的步进电动机
实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5 度，步距角越小，机加工的精度越高。
为产生小步距角，定、转子都做成多齿的， 图中转子40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁 极上也有五个齿。
13.7 步进电动机
转子的齿距等于360/ 40=9 ，齿宽、齿槽各4.5 。 为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，
由单片机实现脉冲发生器+脉冲分配器的功能
注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进 机通的是直流电脉冲，这主要是指线路的联接和组数的区别。
13.7.2 工作原理
三相步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、 三相单双六拍、三相双三拍等。
一、三相单三拍
（1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为：
A相B相C相
（3）工作过程
步进电机结 构及工作原
理
步进电动机的种类
通常按励磁方式分为三大类：
1）反应式： 转子为软磁材料，无绕组，定、转子开小齿、步距角小。
2）永磁式： 转子为永磁材料，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）永磁感应(混合式)：
转子为永磁式、两段，开小齿，转矩大、动态性能好、步距 角小，但结构复杂，成本较高。
齿宽和齿槽和转子相同。
13.7 步进电动机
工作原理：假设是单三拍通电工作方式。
（1）A 相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对 齐。此时，B 相和 A 相空间差120，含
120/9 = 13 1 齿 3
A 相和 C 相差240，含240/ 9 = 26 2 个齿。 所以，A 相的转子、定子的五个小齿对齐时3，B 相、 C 相不能对齐，B相的转子、定子相差 1/3 个齿 （3），C相的转子、定子相差2/3个齿（6）。
步进电动机伺服系统概述
图6-7 矩角特性
6.2 步 进 电 动 机伺 服系统
图6-8 步进电动机静态矩角特性曲线 图6-9 启动转矩
如图6-8所示，三相步进电动机各相的矩 角特性曲线的相位差为1/3周期，其中曲线 A和曲线B的交点所对应的力矩Tq是电动机 运行状态的最大启动转矩。也就是说，只 有负载转矩TL小于Tq，电动机才能正常启 动运行；否则，容易造成丢步，电动机也 不能正常启动。
(输入信号)
CNl-7 CN1-8
RDY COM
控制回路正常 (输出信号)
输出信号公共点
CNl-9 ZERO
电气循环原点 (输出信号)
单脉冲方式时，正反转方向(DIR DIR )信号
双脉冲方式时，反转脉冲(CCW、CCW )信号
当控制电源、回路正常时，输出低电平信号
RDY、ZERO输出信号的公共点 半步运行时每二十拍送出一电气循环原点 整步运行时每十拍送出一电气循环原点
6.2 步 进 电 动 机伺 服系统
图6-5 步进电动机原示意图
图6-6 三相反应式步进电机工作原理示意图
对每一相绕组通电的操作称为一拍，则A、B、C三相绕组轮流通电需要三
拍，从上面分析可知，电动机转子转动一个齿距需要三拍操作。实际上，电
动机每一拍都转一个角度，也称前进了一步，这个转过的角度称为步距角，
最高工作频率，记为fmax。它是决定定子绕组通电状态最高变化频率的 参数，即决定了步进电动机的最高转速。
6.2 步 进 电 动 机伺 服系统
5．矩频特性 矩频特性T=F(f)所描述的是
步进电动机连续稳定运行时输出 转矩与连续运行频率之间的关系 。如图6-10所示，该特性曲线上 每一频率f所对应的转矩为动态 转矩T。可见，动态转矩的基本 趋势是随连续运行频率的增大而 降低。
步进电机工作过程
步进电机工作过程
步进电机是一种常见的电机类型，广泛应用于各种机械和电子设备中，其工作原理相对简单而又高效。
步进电机的工作过程由以下几个关键部分组成：电机结构、磁场分布、驱动电路和控制信号。
首先，步进电机的结构通常包括定子和转子两部分。
定子部分包括电磁线圈，通常由多组绕组组成，这些绕组根据特定的规则连接在一起。
而转子部分通常包括一定数量的磁极，这些磁极使得电机在工作时能够旋转。
其次，步进电机的工作过程与磁场分布息息相关。
通过在电磁线圈中施加电流，产生磁场，当电流改变时，磁场的极性也随之改变。
定子的磁场与转子的磁极之间相互作用，从而产生一个转矩，驱动转子旋转。
通过控制电流的大小和方向，可以有效地控制步进电机的运动。
第三，步进电机的驱动电路起着关键作用。
驱动电路主要用于控制电流的流向和大小，以实现电机的旋转。
经典的步进电机驱动电路一般由功率场效应管、脉宽调制芯片、限流电阻等组成，通过这些元件实现了对步进电机的精准控制。
最后，控制信号是步进电机工作的命令。
通过合理的控制信号，可以控制步进电机的旋转速度、旋转方向和移动步长等参数。
控制信号通常由微控制器或专门的步进电机控制器生成，根据需要调整输出信号的频率和占空比，从而精确控制步进电机的运动。
总的来说，步进电机的工作过程可以简单概括为：根据输入的控制信号，通过驱动电路控制电流的大小和方向，产生磁场与磁极之间的相互作用，从而产生转矩，驱动电机旋转。
步进电机以其精准的位置控制和高效的运动方式，在各种应用中都有着广泛的应用前景。
1。
试阐述步进电动机的基本结构和工作原理。
试阐述步进电动机的基本结构和工作原理。
一、步进电动机的基本结构
步进电动机是一种线性电机，它由定子、转子和联结的三部分组成。
定子部分包括有一系列的磁铁，这些磁铁的排列构成一个阶梯形状。
转子部分由一个旋转的磁铁组成，磁铁的阶梯状的结构与定子相同，这样定子和转子在磁场中才会产生作用力。
最后，联结部分包括有控制器，这个控制器的作用是控制定子和转子之间的联结。
二、步进电动机的工作原理
步进电动机的工作原理是通过定子和转子之间的磁场作用力来驱动转子的旋转。
当定子磁场的方向改变时，转子会受到相应的作用力，从而转动。
如果定子和转子之间的磁场方向相同，则转子不会旋转，这就是步进电动机的工作原理。
- 1 -。
步进电动机驱动控制原理
步进电机控制步进电动机一、步进电动机的组成和种类二、步进电动机的工作原理2.1.1B'B'C'C'这种工作方式下这种工作方式下，，三个绕组依次通电一次为一个循环周期个循环周期，，一个循环周期包括三个工作脉冲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以称为三相单三拍工作方式。
按A →B →C →A →……的顺序给三相绕组轮流通电轮流通电，，转子便一步一步转动起来转子便一步一步转动起来。
每一拍转过30°(步距角步距角))，每个通电循环周期每个通电循环周期(3(3(3拍拍)转过90°(一个齿距角一个齿距角))。
2.1 2.1 步进电动机步进电动机步进电动机结构与工作原理结构与工作原理2.1.2 三相六拍按A →AB →B →BC →C →CA 的顺序给三相绕组轮流通电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获得更精确的控制特性。
4123齿与A、A' 对齐对齐。
对齐,,又转324齿与B、B´对齐三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下期如下：：A →AB →B →BC →C →CA ，每个循环周期分为六拍环周期分为六拍。
每拍转子转过15°（步距角步距角），），），一一个通电循环周期环周期((6拍)转子转过90°(齿距角齿距角))。
与单三拍相比与单三拍相比，，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中更适用于需要精确定位的控制系统中。
2.1.3 三相双三拍按AB→BC→CA的顺序给三相绕组轮流通每拍有两相绕组同时通电。
电。
每拍有两相绕组同时通电。
B'C'B'C'B'C'360°电机转动的电机转动的工作原理演示工作原理演示总结总结：：错齿是步进电动机旋转的根本原因齿距角是齿距角是99°；定子仍是6个磁极个磁极，，但每个磁极表面加工有五个和转子一样的齿面加工有五个和转子一样的齿。
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θ=360º/40=9º，而定子每个磁极E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。
步进电动机的工作原理
步进电动机的工作原理
步进电动机：又称为脉冲电动机，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。
当步进电动机驱动器接收到一个脉冲信号（来自控制器），它就驱动步进电动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。
步进电机基于最基本的电磁铁原理，它是一种可以自由回转的电磁铁，步进电机动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。
当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。
该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致，当定子的矢量磁场旋转一个角度，转子也随着该磁场转一个角度，每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步，它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比，改变绕组通电的顺序，电机就会反转。
所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。
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
(整理)步进电机及驱动器原理
步进电机及驱动器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设备中。
步进电机和普通电动机不同之处在于它是一种将电脉冲信号转化为角位移的执行机构，它同时完成两个工作：一是传递转矩，二是控制转角位置或速度。
1．步进电机工作原理2．步进电机结构图1.2 步进电机结构图3．驱动器原理步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。
驱动器的作用是对控制脉冲进行环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电，控制电机转动。
图1.3 步进电机控制系统以两相步进电机为例，当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时，驱动器经过环形分配器和功率放大后，给电机绕组通电的顺序为，其四个状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；若方向信号变为负时，通电时序就变为,电机就逆时针转动。
图1.4 步进电机驱动电路原理图分析步进电机驱动电路原理图1.4，当T导通时有：R为电路中存在的等效电阻。
如果，电机不转动，感应电动势E＝0，则：随着电子技术的发展，功率放大电路由单电压电路、高低压电路发展到现在的斩波电路。
其基本原理是：在电机绕组回路中，串联一个电流检测回路，当绕组电流降低到某一下限值时，电流检测回路发出信号，控制高压开关管导通，让高压再次作用在绕组上，使绕组电流重新上升；当电流回升到上限值时，高压电源又自动断开。
重复上述过程，使绕组电流的平均值增加，电流波形的波顶维持在预定数值上，解决了高低压电路在低频段工作时电流下凹的问题，使电机在低频段力矩增大。
步进电机一定时，供给驱动器的电压值对电机性能影响较大，电压越高，步进电机转速越高、力矩越大；在驱动器上一般设有相电流调节开关，相电流设的越大，步进电机转速越高、力矩越大。
4．细分控制原理为了提高步进电机的性能，细分驱动器已经广泛应用。
细分驱动器的原理是通过改变A，B相电流的大小，以改变合成磁场的夹角，从而可将一个步距角细分为多步。
图1.7 步进电机细分原理图细分数越高，电流越平滑，电机转动就越平稳。
第三章步进电动机的控制
2、静特性：
静特性是指在稳定状态（通电状态不变，转子保持不动的定 位状态）时的特征，包括静转距、距角特性及静态稳定区。
A）静转距：电动机处于稳定状态下的电磁转距。它是绕组 内电流与失调角的函数。
在稳定状态下，若无负载，转子齿与定子齿对齐，处于初始 平衡状态，电磁转矩为0。若在转子加一负载转距，转子齿 要偏离初始位置，转过一个角度θ，这时定转子之间产生的 电磁转矩，此转矩克服负载转矩达到平衡，转子停在一个新 的平衡点，这时电动机的电磁转距即为静态转矩。
初始状态
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
A
B' 4 C'
31
C 2B
A'
3.1.2 步进电动机分类
反应式(磁阻式) 永磁式 分类方法很多，按工作原理可分为： 电磁式 混合式(永磁感应式) ★反应式步进电机的转子用硅钢片叠成，其上没有励磁线 圈，结构和原理简单。 ★电磁式步进电机的转子上有励磁线圈。 ★混合式步进电动机转子为永磁材料，在同样的励磁电流 下，可以产生更大的转矩，效率高，电流小，发热低。
组轮流励磁，利用电磁铁原理，每来一个电脉冲，电 机转动一个角度，将脉冲信号转换成角位移。
IA
A B' 1 C'
42
C 3B
A'
A 相通电， A 方向的磁通经转子形成 闭合回路。磁力线力图走磁阻最小的 路径，若转子和磁场轴线方向原有一 定角度，则在磁场的作用下，转子被 磁化吸引，使转、定子的齿对齐，使 得通电相磁路的磁阻最小。
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。
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步进电动机的结构与工作原理
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。
步进电动机
步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。
主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。
步进电动机的特点：
(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。
步进电动机的种类
根据励磁式方式的不同分为：反应式、永磁式和混合式（又叫感应子式）三种。
反应式步进电机的应用较多。
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。
图7-20 （a）三相反应式步进电动机工作原理图
A 相通电，A 方向的磁通经转子形成闭合回路。
若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。
A 相通电使转子1、3齿和AA' 对齐。
图7-20 （b）三相反应式步进电动机工作原理图
同理，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；
图7-20 （c）三相反应式步进电动机工作原理图
最后，C相通电，转子1、3齿和C相轴线对齐，相对B相通电比较，转子再次转动30。
步进电动机的结构
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，以三相为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极。
步进电动机结构简图
定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。
注意：这里的相和交流电中的“相”的概念不同。
步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数的区别。
图7-22 三相反应式步进电动机结构原理图
步进电动机工作方式
(以三相步进电机为例)步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相六拍、三相双三拍等。
一、三相单三拍
三相绕组中的通电顺序为：
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b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。