步进电机 (4)-PPT课件
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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°。
《电机控制》PPT课件(2024版)
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4.实验参考程序
/**************************************************************************
* 控制步进电机快速前进200步，降低速度再前进50步，再次降低速度前进5步，然后停止。
* 停止一段时间后，控制步进电机以相反的步调退回原地。
int
main (void)
{
uint32 i;
uint8 Direction=0,Speed=3;
PINSEL1 = PINSEL1 & 0x0FFFFFFF;
// 设置P0.30为GPIO功能，输入
IO0DIR = IO0DIR & 0xBFFFFFFF;
// 设置P0.21为PWM功能，通过控制PWM的占空比从而控制直流电机的速度
U
U
效t
t
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1．PWM（Pulse Width Modulation）脉冲调宽式
一个PWM周期
20％占空比 一个PWM周期
50％占空比
2．PFM（Pulse Frequency Modulation）脉冲调频式
1个脉冲
25％占空比 2个脉冲
50％占空比
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9
1.2 控制电路--驱动部分
PINSEL1 = PINSEL1 | 0x00000400;
//设置P1.21为GPIO，输出。通过控制P1.21的电平从而控制直流电机的方向
IO1DIR = IO1DIR | (1<<21);
ZLDJ_SET(Direction,Speed);
//电机以最快速度正转
while(1)
步进电动机ppt课件
T=-Csinθ
式中C为常数，与控制绕组、控制电流、磁阻等有关。步进电机某 相绕组通电时矩角特性如图所示。
矩角特性上静转矩的最大值Tsm称为最大静转矩。
7
2、多相通电时 a) 三相步进电动机 A→AB→B→BC→C→CA→A顺序通电
TA=Tmaxsinθse TB=Tmaxsin(θse-120°)
TAB= TA+ TB= 2Tmaxcos60°=Tmax
8
b)五相步进电动机 1、供电方式； （C=1）：五相单五拍 A→B→C→D→E→A
五相双五拍 AB→BC→CD→DE→EA→AB 五相三五拍 ABC→BCD→CDE→DEA→EAB→ABC (C=2): 五相单双十拍 A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA→A 五相三双十拍 AB→ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB
二、步进运行状态（单脉冲运行状态） 当接入控制绕组的脉冲频率较低，电机转子完成一步之后，下 一个脉冲才到来，电机呈现出一转一停的状态，故称之为步进 运行状态。 1、步进运行状态过程负载 TL=0（即空载）
12
A相通电时，-π<θ<π为静稳定区，当A相绕组断电转到B相绕组通电 时，新的稳定平衡点为b，对应于它的静稳定区为-π+θb<θ<π+θb （图中θb=2/3π）,在换接的瞬间，转子的位置只要停留在此区域内， 就能趋向新的稳定平衡点b，所以区域（-π+θb，π+θb）称为动稳定 区，显而易见，相数增加或极数增加，步距角愈小，动稳定区愈接 近静稳定区,即静、动稳定区重叠愈多，步进电机的稳定性愈好。
A相通电时，有
Ua
ra ia
d(Laia ) dt
式中C为常数，与控制绕组、控制电流、磁阻等有关。步进电机某 相绕组通电时矩角特性如图所示。
矩角特性上静转矩的最大值Tsm称为最大静转矩。
7
2、多相通电时 a) 三相步进电动机 A→AB→B→BC→C→CA→A顺序通电
TA=Tmaxsinθse TB=Tmaxsin(θse-120°)
TAB= TA+ TB= 2Tmaxcos60°=Tmax
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b)五相步进电动机 1、供电方式； （C=1）：五相单五拍 A→B→C→D→E→A
五相双五拍 AB→BC→CD→DE→EA→AB 五相三五拍 ABC→BCD→CDE→DEA→EAB→ABC (C=2): 五相单双十拍 A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA→A 五相三双十拍 AB→ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB
二、步进运行状态（单脉冲运行状态） 当接入控制绕组的脉冲频率较低，电机转子完成一步之后，下 一个脉冲才到来，电机呈现出一转一停的状态，故称之为步进 运行状态。 1、步进运行状态过程负载 TL=0（即空载）
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A相通电时，-π<θ<π为静稳定区，当A相绕组断电转到B相绕组通电 时，新的稳定平衡点为b，对应于它的静稳定区为-π+θb<θ<π+θb （图中θb=2/3π）,在换接的瞬间，转子的位置只要停留在此区域内， 就能趋向新的稳定平衡点b，所以区域（-π+θb，π+θb）称为动稳定 区，显而易见，相数增加或极数增加，步距角愈小，动稳定区愈接 近静稳定区,即静、动稳定区重叠愈多，步进电机的稳定性愈好。
A相通电时，有
Ua
ra ia
d(Laia ) dt
《步进电动机》PPT课件
2021/4/23
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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
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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
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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；
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8
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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
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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。
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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。
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（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；
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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。
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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
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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。
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（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。
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（2）通电方式 单双相轮流通电方式
汽车电工电子技术-步进电机与自动控制-PPT课件
按AB C A ……的顺序给三相绕组 轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转
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)。 2. 三相六拍 按AAB B BC C CA的顺序给三相 绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制 特性。
B、C相同时通电， C' 、C 磁极拉住1、3 齿，B、B' 磁极拉住 2、4齿，转子再转过 15。
三相反应式步进电动机的一个通电循环周 期如下：AAB B BC C CA，每个循 环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角）， 一个通电循环周期(6拍)转子转过90 (齿距角)。 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。
给定 反 馈
误差
控制对象 反馈环节
•
输出
闭环控制系统结构比较复杂。把输出信号的 一部分通过反馈环节引回到输入端，与给定信号 比较，得到误差信号，再送入控制对象去调节输 出结果。如此反复循环，直至误差为零。这种控 制是通过反馈来实现的，所以也叫做反馈控制系 统。
闭环控制系统（反馈控制系统）的各个基 本环节如下图所示：
给 Ug 控制指令 定 + 元 – 件 Ud Uf 放 大 元 件 执 行 元 件 检测元件 控 制 被调量 对 象
系统中各部分的作用如下：
给定元件——把控制指令变成给定值。它 与被调量存在着一定的函数关系。改变给定值， 即可改变被调量。
检测元件——把被调量检测出来，按一定的 函数关系反馈到输入端。 比较元件——把反馈信号Uf与给定信号Ug比 较以获取误差信号Ud。 放大元件——当误差信号太微弱时，需要用 放大元件把误差信号放大到足以推动执行元件的 程度。 执行元件——直接推动控制对象改变被调量。 控制对象——由执行元件推动的各种装置， 如各种机械负载、发电机、加热炉、闸门等，相 应的被调量就是转速、电压、温度、位移等。
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
步进电机课件ppt
响应速度快
步进电机具有快速的响应速度，能够适应高 速运动和频繁启停的需求。
可靠性高
步进电机运行稳定可靠，使用寿命长，减少 了维护成本。
节能环保
步进电机具有较高的能效比，运行过程中能 耗低，符合绿色环保理念。
05
步进电机的常见问题 与解决方案
步进电机失步问题
总结词
步进电机失步是指电机在运行过程中，实际转过的角度与控 制器发出的脉冲数不相符，导致输出轴无法准确到达目标位 置。
01
02
03
04
作用
转子是步进电机中与定子相对 转动的部分，通常由永磁体或
软磁材料制成。
组成
转子通常包括转子铁芯和永磁 体，转子铁芯由导磁性能良好
的铁磁材料制成。
特点
转子的磁性能和结构决定了步 进电机的输出转矩和效率。
材料
转子铁芯通常采用导磁性能良 好的低碳钢或硅钢片。
驱动器
作用
驱动器是用来控制步进电机的 设备，通过向定子绕组提供脉
步进电机的发展前景 与展望
新材料的应用
高性能磁性材料
随着科技的发展，高性能磁性材料如 稀土永磁材料的应用，能够提高步进 电机的转矩密度和运行效率，降低能 耗。
轻量化材料
采用轻量化材料如碳纤维、钛合金等 ，能够减轻步进电机的重量，使其在 航空航天、机器人等领域的应用更加 广泛。
新控制技术的应用
智能控制技术
机器人
步进电机作为机器人的驱动元件，可 以实现机器人的精确运动和定位。
医疗器械
步进电机在医疗器械领域，如手术机 器人、诊断仪器等设备中发挥重要作 用。
智能家居
步进电机在智能家居设备，如智能门 锁、智能窗帘等中提供稳定可靠的驱 动。
步进电机具有快速的响应速度，能够适应高 速运动和频繁启停的需求。
可靠性高
步进电机运行稳定可靠，使用寿命长，减少 了维护成本。
节能环保
步进电机具有较高的能效比，运行过程中能 耗低，符合绿色环保理念。
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步进电机的常见问题 与解决方案
步进电机失步问题
总结词
步进电机失步是指电机在运行过程中，实际转过的角度与控 制器发出的脉冲数不相符，导致输出轴无法准确到达目标位 置。
01
02
03
04
作用
转子是步进电机中与定子相对 转动的部分，通常由永磁体或
软磁材料制成。
组成
转子通常包括转子铁芯和永磁 体，转子铁芯由导磁性能良好
的铁磁材料制成。
特点
转子的磁性能和结构决定了步 进电机的输出转矩和效率。
材料
转子铁芯通常采用导磁性能良 好的低碳钢或硅钢片。
驱动器
作用
驱动器是用来控制步进电机的 设备，通过向定子绕组提供脉
步进电机的发展前景 与展望
新材料的应用
高性能磁性材料
随着科技的发展，高性能磁性材料如 稀土永磁材料的应用，能够提高步进 电机的转矩密度和运行效率，降低能 耗。
轻量化材料
采用轻量化材料如碳纤维、钛合金等 ，能够减轻步进电机的重量，使其在 航空航天、机器人等领域的应用更加 广泛。
新控制技术的应用
智能控制技术
机器人
步进电机作为机器人的驱动元件，可 以实现机器人的精确运动和定位。
医疗器械
步进电机在医疗器械领域，如手术机 器人、诊断仪器等设备中发挥重要作 用。
智能家居
步进电机在智能家居设备，如智能门 锁、智能窗帘等中提供稳定可靠的驱 动。
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2019/3/17
一 步进电机的结构与工作原理
步进电机的角位移量和输入的脉冲数成正比。在 时间上与输入的脉冲同步。
因此，只需要控制输入脉冲的数量、频率及电机
绕组通电相序，便可以获得所需要的转角、转速及转
动方向。
在无脉冲输入时，步进电机在绕组电源激励下， 气隙磁场能使转子保持原有的位置而处于定位状态。
一 步进电机的结构与工作原 理
步进电机流行于70年代，该系统结构简
单、控制容易、维修方面，且控制为全数字
化。随着计算机技术的发展，除功率驱动电
路之外，其它部分均可由软件实现，从而进 一步简化结构。因此，这类系统目前仍有相 当的市场。目前步进电机仅用于小容量、低 速、精度要不高的场合，如经济型数控、打
机就连续地沿逆时针方向转动，每换接一次相序，步 进电机沿逆时针方向转动300，即步距角为300。
2019/3/17
若按A 转。
C
B。。。进行，则转子沿顺时针方向旋
上述通电方式称为三相单三拍通电方式。
所谓“单”是指每次只有一相绕组通电的意思。 √“一拍”——从一相通电换接到另一相通电称为一拍 。 √“三拍”——每一拍转子转过一个步距角，这样“三 拍”是指通电换接三次后完成一个通电周期。 三相六拍通电方式 ——即按A AB B BC C CA
（3）当停止送入脉冲时，只要维持绕组内电流不变， 电机轴可以保持在某固定位置上，不需要机械装制装 置。 （4）改变通电相序即可改变电机转向。 （5）步进电机存在齿间相邻误差，但不存在累积误差
2019/3/17
4 步进电机转速计算
n =
360
o
60f =
f
6
o
式中：n——转速（r/m
——用度数表示的步距角。
式中，当转子的步距角一定时，步进电机的转速与输 入的脉冲频率成正比。
2019/3/17
–
进给速度F：
F = 60 f
一般步进电机：
mm min
f 8000 ~ 1600 H max Z
若：δ=0.01 mm
若 δ=0.001mm
4800 ~ 9600 mm m 则： F max
第四章 进给伺服系统
4.1 进给伺服系统的概述（1学时） 4.2 伺服电机及其调速（3学时） 4.3 位置检测装置（2学时） 4.4 进给伺服系统的分析（1学时）
2019/3/17
4.2 伺服电机及其调速
一 步进电机的结构与工作原理 二 直流伺服电机及其调速 三 交流伺服电机及其调速
2019/3/17
2019/3/17
转子又逆时针转150，2、4齿与B相磁极对齐，如果继 续按BC C CA A。。。相序通电，步进电机就沿 着逆时针方向，以150的步距角一步一步移动。
这种通电方式采用单、双相轮流通电，在通电换接时
，总有一相通电，所以工作较平稳。
实际使用的步进电机，一般都要求有较小的步 距角，因为步距角越小所达到的位置精度越高 。 以上所述，步进电机的步距角大小不仅与通电方式
2019/3/17
步进电机结构： 定子
转子
2019/3/17
1 步进电机的工作原理
如图所示，三相反应式步进电机工作原理图。
由转子和定子组成。定子上有A、B、C三对磁极绕组
，分别为A相、B相、C相。 转子是硅钢片软磁材料迭
合成的带齿廓形状的铁心。
如果在定子上的 三对绕组中通直流电 流，就会产生磁场。
按使用频率分： 高频率和低频步进电机 不同的步进电机，其工作原理、驱动装置也不完 2019/3/17 全一样。
3 步进电机的特点：
（1）步进电机的输出转角与脉冲频率严格成正比，所
以控制输入步进电机的脉冲个数就能控制位移量。
（2）步进电机的转速与输入的脉冲频率成正比，只要
控制脉冲频率就能调节步进电机的转速。
则：F 480 ~ 960 mm m max
2019/3/17
√当B相通电时，C相和A相断电，电机铁心的BB轴方 向产生磁通，在磁拉力的作用下，转子沿逆时针方向 旋转300，2、4齿与B相磁极对齐。1、3两齿与C、A两
磁极相对错开300
√当C相通电时，A相和B相断电，电机铁心的CC轴方
向产生磁通，在磁拉力的作用下，转子沿逆时针方向
旋转300，1、3齿与C相磁极对齐。2、4两齿与A、B两 磁极相对错开300 若按A B C。。。通电相序连续通电，则步进电
印机、绘图机等计算机的外部设备。
2019/3/17
一 步进电机的结构与工作原理
步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械 角位移的电磁机械装置。 步进电机和一般电机不同，一般电机通电 后连续转动，而步进电机则随输入的脉冲按 节拍一步一步地转动。对步进电机施加一个 电脉冲信号时，步进电机就旋转一个固定的 角度，称为一步。每一步所转过的角度叫做 步距角。
相序通电。（见下图）
2019/3/17
B相通电 B吸2、4两齿
B吸2、4两齿 C吸1、3 BC相通电 C相通电 C吸1、3 1
4
3
2
AB相通电 A吸1、3两齿 B吸2、4两齿
A相通电 A吸1、3两齿
CA相通电
C吸1、3 A吸2、4
工作原理： 当A相通电，1、3齿与A相磁极对齐。当A 、B两相同时通电，因A极吸引1、3齿，B极吸引2、4 齿，转子逆时针旋转150。随着A相断电，只有B相通电
A相通电
B相通电
C相通电
2019/3/17
当A、B、C三对磁极的绕组依次轮流通电，则A、B
、C三对磁极依次产生磁场吸引转子转动。
A 1
4 B 3 A 逆时针回转300 2 C B A B C 4 A 逆时针回转300 1 3 A
C
2
B C
C B
B
C A
√当A相通电时，B相和C相不通电，电机铁心的AA轴 方向产生磁通，在磁拉力的作用下，转子1、3齿与A 相磁极对齐，2、4两齿与B、C两磁极相对错开300
有关，还与转子的齿数有关。 m——定子励磁绕组相数 计算公式为：
360 = mzk
Z——转子齿数
K——通电方式，单为1 2019/3/17 ，双为2
2 步进电机的分类
按运动方式分： 旋转运动、直线运动式步进电机
按工作原理分：
反应式（磁阻式）、电磁式、永磁式；
按结构分： 单段式（径向式）、多段式（轴向式） 按使用场合分： 功率步进电机和控制步进电机； 按相数分： 三相、四相、五相、六相、八相等
一 步进电机的结构与工作原理
步进电机的角位移量和输入的脉冲数成正比。在 时间上与输入的脉冲同步。
因此，只需要控制输入脉冲的数量、频率及电机
绕组通电相序，便可以获得所需要的转角、转速及转
动方向。
在无脉冲输入时，步进电机在绕组电源激励下， 气隙磁场能使转子保持原有的位置而处于定位状态。
一 步进电机的结构与工作原 理
步进电机流行于70年代，该系统结构简
单、控制容易、维修方面，且控制为全数字
化。随着计算机技术的发展，除功率驱动电
路之外，其它部分均可由软件实现，从而进 一步简化结构。因此，这类系统目前仍有相 当的市场。目前步进电机仅用于小容量、低 速、精度要不高的场合，如经济型数控、打
机就连续地沿逆时针方向转动，每换接一次相序，步 进电机沿逆时针方向转动300，即步距角为300。
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若按A 转。
C
B。。。进行，则转子沿顺时针方向旋
上述通电方式称为三相单三拍通电方式。
所谓“单”是指每次只有一相绕组通电的意思。 √“一拍”——从一相通电换接到另一相通电称为一拍 。 √“三拍”——每一拍转子转过一个步距角，这样“三 拍”是指通电换接三次后完成一个通电周期。 三相六拍通电方式 ——即按A AB B BC C CA
（3）当停止送入脉冲时，只要维持绕组内电流不变， 电机轴可以保持在某固定位置上，不需要机械装制装 置。 （4）改变通电相序即可改变电机转向。 （5）步进电机存在齿间相邻误差，但不存在累积误差
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4 步进电机转速计算
n =
360
o
60f =
f
6
o
式中：n——转速（r/m
——用度数表示的步距角。
式中，当转子的步距角一定时，步进电机的转速与输 入的脉冲频率成正比。
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–
进给速度F：
F = 60 f
一般步进电机：
mm min
f 8000 ~ 1600 H max Z
若：δ=0.01 mm
若 δ=0.001mm
4800 ~ 9600 mm m 则： F max
第四章 进给伺服系统
4.1 进给伺服系统的概述（1学时） 4.2 伺服电机及其调速（3学时） 4.3 位置检测装置（2学时） 4.4 进给伺服系统的分析（1学时）
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4.2 伺服电机及其调速
一 步进电机的结构与工作原理 二 直流伺服电机及其调速 三 交流伺服电机及其调速
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转子又逆时针转150，2、4齿与B相磁极对齐，如果继 续按BC C CA A。。。相序通电，步进电机就沿 着逆时针方向，以150的步距角一步一步移动。
这种通电方式采用单、双相轮流通电，在通电换接时
，总有一相通电，所以工作较平稳。
实际使用的步进电机，一般都要求有较小的步 距角，因为步距角越小所达到的位置精度越高 。 以上所述，步进电机的步距角大小不仅与通电方式
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步进电机结构： 定子
转子
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1 步进电机的工作原理
如图所示，三相反应式步进电机工作原理图。
由转子和定子组成。定子上有A、B、C三对磁极绕组
，分别为A相、B相、C相。 转子是硅钢片软磁材料迭
合成的带齿廓形状的铁心。
如果在定子上的 三对绕组中通直流电 流，就会产生磁场。
按使用频率分： 高频率和低频步进电机 不同的步进电机，其工作原理、驱动装置也不完 2019/3/17 全一样。
3 步进电机的特点：
（1）步进电机的输出转角与脉冲频率严格成正比，所
以控制输入步进电机的脉冲个数就能控制位移量。
（2）步进电机的转速与输入的脉冲频率成正比，只要
控制脉冲频率就能调节步进电机的转速。
则：F 480 ~ 960 mm m max
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√当B相通电时，C相和A相断电，电机铁心的BB轴方 向产生磁通，在磁拉力的作用下，转子沿逆时针方向 旋转300，2、4齿与B相磁极对齐。1、3两齿与C、A两
磁极相对错开300
√当C相通电时，A相和B相断电，电机铁心的CC轴方
向产生磁通，在磁拉力的作用下，转子沿逆时针方向
旋转300，1、3齿与C相磁极对齐。2、4两齿与A、B两 磁极相对错开300 若按A B C。。。通电相序连续通电，则步进电
印机、绘图机等计算机的外部设备。
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一 步进电机的结构与工作原理
步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械 角位移的电磁机械装置。 步进电机和一般电机不同，一般电机通电 后连续转动，而步进电机则随输入的脉冲按 节拍一步一步地转动。对步进电机施加一个 电脉冲信号时，步进电机就旋转一个固定的 角度，称为一步。每一步所转过的角度叫做 步距角。
相序通电。（见下图）
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B相通电 B吸2、4两齿
B吸2、4两齿 C吸1、3 BC相通电 C相通电 C吸1、3 1
4
3
2
AB相通电 A吸1、3两齿 B吸2、4两齿
A相通电 A吸1、3两齿
CA相通电
C吸1、3 A吸2、4
工作原理： 当A相通电，1、3齿与A相磁极对齐。当A 、B两相同时通电，因A极吸引1、3齿，B极吸引2、4 齿，转子逆时针旋转150。随着A相断电，只有B相通电
A相通电
B相通电
C相通电
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当A、B、C三对磁极的绕组依次轮流通电，则A、B
、C三对磁极依次产生磁场吸引转子转动。
A 1
4 B 3 A 逆时针回转300 2 C B A B C 4 A 逆时针回转300 1 3 A
C
2
B C
C B
B
C A
√当A相通电时，B相和C相不通电，电机铁心的AA轴 方向产生磁通，在磁拉力的作用下，转子1、3齿与A 相磁极对齐，2、4两齿与B、C两磁极相对错开300
有关，还与转子的齿数有关。 m——定子励磁绕组相数 计算公式为：
360 = mzk
Z——转子齿数
K——通电方式，单为1 2019/3/17 ，双为2
2 步进电机的分类
按运动方式分： 旋转运动、直线运动式步进电机
按工作原理分：
反应式（磁阻式）、电磁式、永磁式；
按结构分： 单段式（径向式）、多段式（轴向式） 按使用场合分： 功率步进电机和控制步进电机； 按相数分： 三相、四相、五相、六相、八相等