步进电机的结构与原理 ppt课件
合集下载
步进电机及其工作原理 ppt课件
触发器工作的同步信号就是来自插补器的某个坐标轴的 位移驱动信号Δx或Δy。
△A
△B
△C
QA R
CP
QA S
DA
QB R
CP
QB S
DB
QC R
CP
QC S
DC
△X
复位
环行分配器的工作原理
三相单三拍工作方式：A→B→C→A 当QA有输出ΔA，就使步进电机的A相通电， 当QB有输出ΔB，就使步进电机的B相通电， 当QC有输出ΔC，就使步进电机的C相通电。
A
A
1
1
4
2
2
3
A
A
步进电机节拍运动动画
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。
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
双相轮流通电（M相双M拍） 顺时针轮回 AB→BC→CA→AB 逆时针轮回 BA→AC→CB→BA
轴向分相 (顺轴式)
1－ 线圈 2－ 定子 3－转子
三段式（三定子）轴向分相步进电机
单段反应式步进电机
单段反应式步进电机的工作原理 —— 内部结构
A
C
B
B
C
A
反应式步进电机的内部结构横剖面示意图
单段反应式步进电机的工作原理 —— 磁场形成
A
C
N
B
C
B
S
A
A相定子绕组通电形成磁场
单段反应式步进电机的工作原理 —— 节拍运动动画
定子通电顺序： A→AC→C→CB→B→BA→A
转子旋转方向： 顺时针
△A
△B
△C
QA R
CP
QA S
DA
QB R
CP
QB S
DB
QC R
CP
QC S
DC
△X
复位
环行分配器的工作原理
三相单三拍工作方式：A→B→C→A 当QA有输出ΔA，就使步进电机的A相通电， 当QB有输出ΔB，就使步进电机的B相通电， 当QC有输出ΔC，就使步进电机的C相通电。
A
A
1
1
4
2
2
3
A
A
步进电机节拍运动动画
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。
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
双相轮流通电（M相双M拍） 顺时针轮回 AB→BC→CA→AB 逆时针轮回 BA→AC→CB→BA
轴向分相 (顺轴式)
1－ 线圈 2－ 定子 3－转子
三段式（三定子）轴向分相步进电机
单段反应式步进电机
单段反应式步进电机的工作原理 —— 内部结构
A
C
B
B
C
A
反应式步进电机的内部结构横剖面示意图
单段反应式步进电机的工作原理 —— 磁场形成
A
C
N
B
C
B
S
A
A相定子绕组通电形成磁场
单段反应式步进电机的工作原理 —— 节拍运动动画
定子通电顺序： A→AC→C→CB→B→BA→A
转子旋转方向： 顺时针
《步进电动机》PPT课件
2021/4/23
24
第11章 步进电动机
t
360 Zr
(式中， Zr为转子齿数)， 所以转子每步转过的空间 角度(机械角度)， 即步距角为
s
t
N
360 Zr N
(11 - 1)
式中， N为运行拍数， N=km (k=1, 2； m为相数)。
2021/4/23
25
第11章 步进电动机
为了提高工作精度， 就要求步距角很小。 由式(11 - 1)可见， 要减小步距角可以增加拍数N。 相数增加相 当于拍数增加， 但相数越多， 电源及电机的结构也越 复杂。 反应式步进电动机一般做到六相， 个别的也有 八相或更多相数。 对同一相数既可以采用单拍制， 也 可采用双拍制。 采用双拍制时步距角减小一半。 所以 一台步进电动机可有两个步距角， 如1.5°/0.75°、 1.2°/0.6°、 3°/1.5°等。
2021/4/23
8
第11章 步进电动机
当A相控制绕组通电，而B相和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1和3的轴线与定子A极轴线对齐。同理，当断开A相接通B相时，转子便按逆时针方 向转过30°，使转子齿2和4的轴线与定子B极轴线对齐。断开B相，接通C相，则转子再转过 30°，使转子齿1和3的轴线与C极轴线对齐。从而实现逆时针旋转。
θte=360° 或 θte=2π rad 相应的步距角为
be
te
N
360 N
(11 - 2)
2021/4/23
27
第11章 步进电动机
或
be
2
N
(11 - 3)
所以当拍数一定时， 不论转子齿数多少， 用电角
度表示的步距角均相同。
《步进电机》PPT课件
➢ 当U相通电，V、W相不通电，如图3.3a所示，1、3齿 与U相对齐；
➢ 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；
整理ppt
8
整理ppt
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。
整理ppt
13
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
整理ppt
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。
整理ppt
11
（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。
整理ppt
12
（2）通电方式 单双相轮流通电方式
➢ 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；
整理ppt
8
整理ppt
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。
整理ppt
13
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
整理ppt
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。
整理ppt
11
（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。
整理ppt
12
（2）通电方式 单双相轮流通电方式
步进电机及其工作原理课件
追求更高的定位精度和速度控制精度， 以满足高精度加工和快速响应的需求。
优化电机设计，提高电机的效率和功 率密度，以降低能耗和提高工作效率。
智能化、网络化的趋势
集成传感器和控制系统，实现电机状态的实时监测和自动 调整。
通过互联网和无线网络实现远程监控和控制，提高生产效 率和设备利用率。
新材料、新工艺的应用
步进电机的效率与发热
效率（Efficiency）
步进电机在工作过程中，输出功率与输入功率的比值，反映了电机的能量利用效 率。
发热（Heat Generation）
由于线圈电阻以及铁芯的磁滞、涡流等损失，步进电机在工作过程中会产生热量， 需要采取散热措施以防止过热。
05
步机的展 与展望
高精度、高效率的追求
摄影和摄像设备
用于云台的控制和调整。
02
步机的工作理
步进电机的结构
步进电机主要由定子和转子组成。定子通常由一系列的磁极组成，而转 子则由一系列的导电材料组成，这些导电材料在磁场的作用下会产生转 矩，从而驱动转子转动。
步进电机的磁极通常有四个、六个或八个，这些磁极按照一定的顺序排 列，形成不同的磁场分布。
步机及其工作理
• 步进电机简介 • 步进电机的工作原理 • 步进电机的驱动电路 • 步进电机的性能参数 • 步进电机的发展趋势与展望
01
步介
步进电机的定义
01
步进电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， 其转动角度或转动圈数与输入的 脉冲数呈线性关系。
02
步进电机由转子、定子和控制电 路组成，转子通常由永磁体构成， 定子则由线圈绕组构成。
03
步机的路
驱动电路的组成
电源
优化电机设计，提高电机的效率和功 率密度，以降低能耗和提高工作效率。
智能化、网络化的趋势
集成传感器和控制系统，实现电机状态的实时监测和自动 调整。
通过互联网和无线网络实现远程监控和控制，提高生产效 率和设备利用率。
新材料、新工艺的应用
步进电机的效率与发热
效率（Efficiency）
步进电机在工作过程中，输出功率与输入功率的比值，反映了电机的能量利用效 率。
发热（Heat Generation）
由于线圈电阻以及铁芯的磁滞、涡流等损失，步进电机在工作过程中会产生热量， 需要采取散热措施以防止过热。
05
步机的展 与展望
高精度、高效率的追求
摄影和摄像设备
用于云台的控制和调整。
02
步机的工作理
步进电机的结构
步进电机主要由定子和转子组成。定子通常由一系列的磁极组成，而转 子则由一系列的导电材料组成，这些导电材料在磁场的作用下会产生转 矩，从而驱动转子转动。
步进电机的磁极通常有四个、六个或八个，这些磁极按照一定的顺序排 列，形成不同的磁场分布。
步机及其工作理
• 步进电机简介 • 步进电机的工作原理 • 步进电机的驱动电路 • 步进电机的性能参数 • 步进电机的发展趋势与展望
01
步介
步进电机的定义
01
步进电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， 其转动角度或转动圈数与输入的 脉冲数呈线性关系。
02
步进电机由转子、定子和控制电 路组成，转子通常由永磁体构成， 定子则由线圈绕组构成。
03
步机的路
驱动电路的组成
电源
步进电机及其工作原理PPT
转子旋转方向： 顺时针
步距角： θb=15°
A
15° A
A
15° 2
1
C
C
1B
4
4 2
3
C
3
C
1
4
2
3
A
A
A
C
B
15°
A
15°
C
B
C
B
1 2
4
3
1 2
4 3
1
4
2
3
B
C
B
B A
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。
A
♠ 转子齿数越多，步距角θ b 越小
1
♠ 定子相数越多，步距角θ b 越小 ♠ 通电方式的节拍越多，步距角 θ b 越小
B
1
2
2
A
A
C
B
2
B A
C
B
B
A
C
B
1 2
1
2
1 2
30°
30°
C A
C
B
C
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→AC→C→CB→B→BA→A
转子旋转方向：逆时针
步距角： θb=30°
30°
A
A
A
C
C
1
B
1
1
C
A
C
B
2C A
C
B
2
A A
C
B
2
2
1 2
1 2
1
B
- 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)。
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。
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
第一节 步进电机分类
1、何谓步进电动机
又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。 其功用是将脉冲电信号变换为相应的角度位移或直线位移，即 给一个脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步。
步进电机
控制电脉冲
驱动器
2020/10/28
控制电脉冲
图1 步进电机的功用
转角
t t
5
第一节 步进电机分类
1、步进电机的结构－－定子
2020/10/28
15
第二节 步进电机结构和工作原理
2、步进电机的结构－－转子
2020/10/28
16
第二节 步进电机结构和工作原理
2、步进电机的结构－－转子
2020/10/28
17
第二节 步进电机结构和工作原理
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；
2、步进电动机产品外形
步进电机
驱动器
2020/10/28
6
第一节 步进电机分类
2、步进电动机产品外形
2020/10/28
7
第一节 步进电机分类
3、步进电动机分类 步进电机在构造上有三种主要类型： 1、反应式（Variable Reluctance，VR） 2、永磁式（Permanent Magnet,PM） 3、混合式（Hybrid Stepping,HS）。
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。
2020反/10应/28式
永磁式
混合式
9
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通电
C相绕组通电
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
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
介绍机电传动控制系统调速方法。
第三讲：步进电机控制系统 主要内容：讲述步进电机的结构、原理和控制系统;重
点介绍步进电机的控制与应用等方面的知识。
精品资料
第三讲 步进电机控制系统
目的：1、了解步进电机的一般结构与工作原理 2、掌握步进电机基本特性及应用 3、学会步进电机控制方法
内容： 一、步进电机的分类 二、步进电机的结构和工作原理 三、步进电机的主要技术指标 四、步进电机的控制
第3讲
步进电机控制系统
主讲老师:
机电传动控制技术系列讲座内容:
第一讲：机电传动概述及控制系统中常用检测元件 主要内容：讲述机电传动的目的和任务及发展概况，介
绍机电传动控制系统中常用的元器件（如速度传感器、线位 移传感器、角位移传感器等）。
第二讲：机电传动控制系统 主要内容：讲述机电传动控制系统的组成和分类，重点
-
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
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。
反应式结构
20反20应/10式/28
永磁式
混合式
8
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°）。
第二节 步进电机结构和工作原理
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
2020/10/28
10
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。
2020/10/28
11
第二节 步进电机结构和工作原理
1、步进电机的结构
2020/10/28
12
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
2020/10/28
13
第二节 步进电机结构和工作原理
1、步进电机的结构－－定子
2020/10/28
14
第二节 步进电机结构和工作原理
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
依此轮流通电，转子就沿着A—B— C的方向旋转。
在一个循环周期内换接三次，称为
三相单三拍运行
动画
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
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