步进电机的运行特性共33页文档
步进电动机的主要特性
可见，控制步进电动机是由绕组的通电状态变化决定的，而通电状态变化次数则是由指令脉冲数决定的。
这也决定了角位移的大小；指令脉冲频率则决定步进电动机的转动速度。
只要改变指令脉冲频率，就可以使步进电动机的旋转速度在很宽的范围内连续调节；改变绕组的通电顺序，可以改变它的旋转方向。
可见步进电动机控制十分方便。
步进电动机的缺点是效率低，带惯量负载能力差，尤其是在高速时容易失步。
（中国传动设备网）步距角和静态步距误差：进步电动机的步距角是反映步进电动机定子绕组的通电状态每次改变一次，转子转过的角度。
它取决于电动机结构和控制方式。
步距角a可按照下式计算：a=360/mzk 式中m-定子数，z-转子齿数；k-控制方式确定的拍数与相数的比例系数。
例如三相三拍时，k=1，三相六拍是k=2.步进电动机每走一步的步距角a应是圆周360度的等分值。
但是实际的步距角与理论值有误差。
在一转内各步距误差的最大值，被定为步距误差。
他的大小是由制造精度、齿槽的分布不均匀和气隙不均匀等因素决定的。
步进电动机的静态步距误差通常在10以内。
静态距角特性。
当步进电动机不改变通电状态时，转子处在不动状态。
如果在电动机轴上外加一个负载转矩，使转子按一定方向转过一个角度，此时转子所受的电磁转矩T为静态转矩,角度成为失调角.该特性上的电磁转矩最大值称为最大静转矩.在静态稳定区内,当外加转矩去除时,转子在电磁转矩作用下,仍能回到稳定平衡点位置.各相距角特性差异不应过大,否则会影响到步距精度及引起低频振荡.最大静转矩与通电状态和各相绕组电流有关,但电流增加到一定值时使磁路饱和,就对最大静转矩影响不大了.起动频率.空载时,步进电动机由静止状态突然起动,并进入不丢步状态的正常运行的最高频率,成为起动频率或突跳频率.加给步进电动机的指令脉冲频率如大于起动频率,就不能正常工作,步进电动机在带负载下起动频率比空载时要低,而且,随着负载加大,起动频率会进一步降低.。
步进电动机的工作原理与特点
步进电动机的工作原理及特点随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。
研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。
1 步进电机概述步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。
步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。
步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。
当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。
因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。
每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。
根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。
步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率围通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。
正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的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收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。
2国外的研究概况步进电机是国外发明的。
中国在文化大革命中已经生产和应用，例如、、、、都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。
什么是步进电机？步进电机的基本参数、结构及其原理,步进电机的特点特性
什么是步进电机？步进电机的基本参数、结构及其原理，步进电机的特点特性步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
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（称为步距角），它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。
步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。
永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。
反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。
混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。
它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。
这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步进电机。
步进电机的结构及其原理步进电机是一种同步电机，其结构同其它电机一样，由定子和转子组成，定子为激磁场，其激磁磁场为脉冲式，即磁场以一定频率步进式旋转，转子则随磁场一步一步前进。
步进电机主要有反应式、电磁式、永磁式几种。
下面以反应式步进电机为例，来讨论其工作原理：步进电机由转子和定子两部分组成。
转子和定子均由带齿的硅钢片叠成。
定子上有绕组分为若干相，每相磁极上有极齿。
当某相定子绕组通以直流电压激磁后，便吸引转子，使转子上的齿与该相定子的齿对齐，令转子转动一定的角度，依次向定子绕组轮流激磁，会使。
步进电机有哪些特点
步进电机有哪些特点（1）步进电机没有积累误差：一般步进电机的精度为实际步距角的百分之三到五，且不累积。
（2）步进电机在工作时，脉冲信号按一定顺序轮流加到各相绕组上（由驱动器内的环形分配器控制绕组通断电的方式）。
（3）即使是同一台步进电机，在使用不同驱动方案时，其矩频特性也相差很大。
（4）步进电机与其它电动机不同，其标称额定电压和额定电流只是参考值；又因为步进电机是以脉冲方式供电，电源电压是其最高电压，而不是平均电压，所以，步进电机可以超出其额定值范围工作。
但选择时不应偏离额定值太远。
（5）步进电机外表允许的最高温度：步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
（6）步进电机的力矩会随转速的升高而下降：当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。
在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
（7）步进电机低速时可以正常运转，但若高于一定频率就无法启动，并伴有啸叫声。
步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。
在有负载的情况下，启动频率应更低。
如果要使电机到达高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
（8）四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此，连接时可以采用串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。
串联接法一般在电机转速较低的场合使用，此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的0.7倍，因而电机发热小；并联接法一般在电机转速较高的场合使用（又称高速接法），所需要的驱动器输出电流为电机相电流的1.4倍，因而电机发热较大。
步进电机工作原理特点及应用
步进电机工作原理,特点及应用-步进电机工作原理,特点及应用一、前言步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
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。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
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，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。
仅仅处于一种盲目的仿制阶段。
这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。
签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。
叙述其基本工作原理。
望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。
二、感应子式步进电机工作原理（一）反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。
下面先叙述三相反应式步进电机原理。
1、结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。
0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：2、旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。
由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。
而方向由导电顺序决定。
不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。
3.2步进电动机的运行特性与使用(精)
3:单步运行特性
单步运行：加一个控制脉冲改变一次通电状态，这个工作状态 称为单步运行。
运行区域：包括静稳定区和动稳定区（见P102 图3.18） 单步运行特性：转子空间转角随时间做减幅振荡衰减运动（见 P103 图3.19）
4：连续脉冲运行特性
（1）极低频条件下运行 T>tb 控制脉冲周期T大于转子单步运行振荡衰减时间tb，当第二个 脉冲到来之前，第一个脉冲使得转子运行已经结束。电机处 于欠阻尼状态，产生振荡，不会失步和越步。见图3.20
（3）脉冲频率f>4f0条件下运行
转子的运行特点：在第一个脉冲作用下，转子产生的振荡还 没达到最大振幅，第二个脉冲已经到来，改变通电状态。见 图3.22。电机往往会超出稳定区而失步。
5：脉冲信号的频率对电机运行的影响
当脉冲信号频率很低时，控制脉冲以 矩形波输入，电流波形比较接近于理 想的矩形波； 随着脉冲信号频率增高，由于电动机 绕组中的电感有阻止电流变化的作用， 因此电流波形发生畸变，频率越高， 畸变越严重。如图所示， 如果脉冲频率过高，电流还来不及 上升到稳定值I 就开始下降，于是， 电流的幅值降低(由I下降到I’)，因而 产生的转矩减小，致使带负载的能力 下降。故频率过高会使步进电动机启 动不了或运行时失步而停下。因此， 对脉冲信号频率是有限制的。
2：使用步进电动机时应注意的几个问题 （1）驱动电源的优劣对步进电动机控制系统的运行影响极大， 使用时要特别注意，需根据运行要求，尽量采用先进的驱动电 源，以满足步进电动机的运行性能。 （2）若所带负载转动惯量较大，则应在低频下启动，然后再 上升到工作频率，停车时也应从工作频率下降到适当频率再停 车。 （3）在工作过程中，应尽量避免由于负载突变而引起误差。 （4）若在工作中发生失步现象，首先，应检查负载是否过大， 电源电压是否正常，再检查驱动电源输出波形是否正常，在处 理问题时不应随意变换组件。
步进电动机的基本特性
步进电动机的基本特性使用步进电动机时，电动机的特性是否符合使用条件，是相当重要的一点。
在此说明步进电动机使用时的重要特性。
步进电动机的特性可大略分为两项。
●动特性：这是与步进电动机起动或旋转时有关的特性，主要会影响机器的工作、周期时间等。
●静特性：这是与步进电动机停止时角度变化有关的特性，主要会影响机器的精度。
动特性●转速―转矩特性这是表示驱动步进电动机时的转速和转矩的关系，如特性图所示。
是选用步进电动机时所必须考虑的特性。
横轴代表电动机输出轴的转速，而纵轴则代表转矩。
转速―转矩特性取决于电动机及驱动器，因使用的驱动器种类不同会有较大差异。
①最大励磁转矩（TH ：Holding Torque）是指步进电动机在通电状态（额定电流）下停止时，本身保有的最大保持转矩（保持力）。
②最大同步转矩（Pullout Torque）各转速所能产生的最大转矩。
选用电动机时，必要转矩必须在本曲线的内侧。
③最大自起动频率（fS）步进电动机的摩擦负载、惯性负载为0时，瞬间（无加减速时间）能起动、停止的最大脉冲频率。
当在超过此脉冲频率的情况下驱动电动机时，应逐渐进行加减速。
随电动机承载的惯性负载增加，此频率亦逐渐降低。
（参考惯性负载―自起动频率特性）最大响应频率（fr）步进电动机的摩擦负载、惯性负载为0时，进行缓慢的加减速时可运行的最大脉冲频率。
下图为代表5相步进电动机组合产品的转速―转矩特性。
●惯性负载―自起动频率特性表示因自起动频率的惯性负载而产生变化的特性。
步进电动机的转子本身或负载，因有转动惯量存在，因此于瞬时起动或停止时，电动机轴会产生延迟或超过的现象。
此数值会随脉冲频率而变化，但是若超过某一数值时电动机将无法跟踪脉冲频率，而产生失步（miss-step）现象。
将即将失步前的脉冲频率称为自起动频率。
相对于惯性负载的最大自起动频率的变化可以根据下列公式算出近似值。
●振动特性步进电动机以连续的步距状态边移动边重复旋转。
步进电机特点
步进电机特点（1）步进电机没有积累误差：一般步进电机的精度为实际步距角的百分之三到五，且不累积。
（2）步进电机在工作时，脉冲信号按肯定挨次轮番加到各相绕组上（由驱动器内的环形安排器掌握绕组通断电的方式）。
（3）即使是同一台步进电机，在使用不同驱动方案时，其矩频特性也相差很大。
（4）步进电机与其它电动机不同，其标称额定电压和额定电流只是参考值；又由于步进电机是以脉冲方式供电，电源电压是其最高电压，而不是平均电压，所以，步进电机可以超出其额定值范围工作。
但选择时不应偏离额定值太远。
（5）步进电机外表允许的最高温度：步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
（6）步进电机的力矩会随转速的上升而下降：当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。
在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
（7）步进电机低速时可以正常运转，但若高于肯定频率就无法启动，并伴有啸叫声。
步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载状况下能够正常启动的脉冲频率，假如脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。
在有负载的状况下，启动频率应更低。
假如要使电机达到高速转动，脉冲频率应当有加速过程，即启动频率较低，然后按肯定加速度升到所盼望的高频（电机转速从低速升到高速）。
（8）四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此，连接时可以采纳串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。
串联接法一般在电机转速较低的场合使用，此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的0.7倍，因而电机发热小；并联接法一般在电机转速较高的场合使用（又称高速接法），所需要的驱动器输出电流为电机相电流的1.4倍，因而电机发热较大。
步进电机的工作原理ppt课件
360 ZrN
如：Zr=40 ,
N:一个周期的运行拍数,即通电
状态循环一周需要改变的次数
Zr：转子齿数
N=3 时
S
360 3 403
1 单拍制
拍数：N=km
m:相数
k= 2 双拍制
转速
每输入一个脉冲，电机转过
S
360 ZrN
即转过整个圆周的1/(ZrN）, 也就是1/(ZrN）转
因此每分钟转过的圆周数，即转速为
步进电动机结构
步进电机主要由两部分构成：定子
和转子。它们均由磁性材料构成
。定、转子铁心由软磁材料或硅
钢片叠成凸极结构，定、转子磁
极上均有小齿，定、转子的齿数
相等。其中定子有六个磁极,定子
定子磁极上套有星形连接的三相
控制绕组，每两个相对的磁极为
一相，组成一相控制绕组,转子上
没有绕组。转子上相邻两齿间的
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
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。
步距角 步进电机通过一个电脉冲转子转过的角度,称为步距 角。
S
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。
步进电动机的特征
步进电动机的特征
1、运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机
以上三部分是步进电机运转必不可少的三部分。控制器又叫脉冲产生器，目前主要有plc、单片机、运动板卡等等。
2、运转量与脉冲数的比例关系
3、运转速度与脉冲速度的比例关系
4、本身具有保持力
步进电机只有在通电状况下，才具备自我保持力。在停电状况下 ，自我保持力消失。
因此在Байду номын сангаас降设备传动时，务必使用附电磁刹车型步进电机。