步进电机理论基础
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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。
II.步进电机的分类 按定子上绕组来分
共有二相、三相和五相等系列。
最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因 是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步距角为1.8°/步，配 上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍 （0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。同一步进 电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。
就会产生电流；该电流的方向和驱动电机旋转的电流方向 相反。
步进电机转速较高时，其线圈中产生的感应电流抵消了一 部分由外部电源电压产生的电流，，所以，步进电机随着 转速的提高，输出力矩逐步下降。
步进电机参数名词解释
1. 步进电机相数： 电机内部的线圈组数 目前常用的有两相、三相、五相 步进电机。 2.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。 3.保持转矩（静扭矩）：电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。 4.定位转矩：电机在不通电的状态下，电机转子自身的锁定力矩。 5.失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。 6.矩频特性：电机在测试条件下测得的输出力矩与频率关系的曲线。 7.最高启动频率：步进电机由静止突然启动并进入不失步的正常运行所允 许的最高频率。
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，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，
步进电动机微步驱动电路基本结构框图
步距角：控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。
电机固有步距角 所用驱动器类型及工作状态 电机运行时的真正步距角
0.9°/1.8°
驱动器工作在半步状态
0.9°
0.9°/1.8° 0.9°/1.8° 0.9°/1.8° 0.9°/1.8°
驱动器工作在5细分状态 驱动器工作在10细分状态 驱动器工作在20细分状态 驱动器工作在40细分状态
03.两相步进电机驱动器
是一种能使步进电机运转的功率放大器，能把控制器发来 的脉冲信号转化为步进电机的角位移；电机的转速与脉冲 频率成正比，所以控制脉冲频率可以精确调速，控制脉冲 数就可以精确定位。
微步驱动技术 微步驱动技术是一种电流波形控制技术。其基本思想是控制 每相绕组电流的波形，使其阶梯上升或下降，即在0和最大值 之间给出多个稳定的中间状态，定子磁场的旋转过程中也就 有了多个稳定的中间状态，对应于电机转子旋转的步数增多、 步距角减小。采用细分驱动技术可以大大提高步进电机的步 矩分辨率，减小转矩波动，避免低频共振及降低运行噪声
从而达到wenku.baidu.com速的目的。
II.步进电机的分类 步进电机在构造上有三种主要类型：
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°）。
两相步进电机工作原理
当给A相通电时，由于定子A齿和转子 的1齿相对，没有切向力，转子静止。 接着给B相绕组通电时，转子的位置如 图a，转子齿偏离定子齿一个角度， 由于励磁磁通力需要沿磁阻最小路径通 过，因此对转子产生电磁吸力，迫使钻 子齿转动，当转子转到与定子齿对其位 置时（图b），因转子只受径向力而无切向力，故转矩
步进电动机及驱动技术
--宁波舜宇技术交流会
目 录 / contents
01 步进电机的基础知识 02 两相混合式步进电动机 03 两相步进电动机驱动器及电气连接 04 选型方法和常用电机驱动问答
01.步进电机的基础知识
I . 什么是步进电机
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
大。
因为细分数高时，电流曲线
光滑，所以电机输出力矩也
机较 音。
就波动小连续、电机运行就平稳；电机细分数小，电 机电流波动就大，其输出力矩波动就大，因而造成电 大的振动，该振动并产生噪音乃至其它部件的谐振噪
步进电机的力矩特性
法拉第电磁感应定律： 闭合电路的一部分在磁场中作切割磁力线运动时，导体中
与伺服电机相比，步进电机具有控制简单、使用方便、价格便宜等特点
步进电机的特点
① 步进电机没有累积误差，一般步进电机的精度为步距角的3-5%； ② 步进电机外表允许的最高温度取决于不同电机磁性材料的退磁点； ③ 步进电机的力矩会随转速的升高而下降（U=E+L(di/dt)+I*R） ④ 步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有
啸叫声。
02.两相混合式步进电机
I.两相混合步进电机的结构 步进电机有转子、定子、滚珠轴承、前后端盖等组成。转
子由铁芯、永磁体、旋转轴组成；定子由线圈绕组、定子 铁芯组成。 典型的两相电机步距角
为1.8°，即电机旋转一 圈为200步。 出力轴两端虽然有轴承 支撑，但该轴只能传递 力矩，不能承受径向力
0.36° 0.18° 0.09° 0.045°
实用公式：转速(r/s）=脉冲频率 /（电机每转整步数*细分数）
步进电机细分对控制精度的影响 为了定量分析步进电机细分数与运动平台定位精度之间的
为0， 转子被锁定在当前位置上 由此可见 错齿是助使步进电机旋转的根本原因
步进电机细分原理
未细分时 电机一圈： AA-BB-AA-BB
两细分时： AA-AA+BB-BB-BB+AA -AA-AA+BB-BB-BB+AA
步进电机细分数越高，电机
运转越平稳；步进电机细分
数越低，电机运转时振动越
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。
II.步进电机的分类 按定子上绕组来分
共有二相、三相和五相等系列。
最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因 是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步距角为1.8°/步，配 上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍 （0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。同一步进 电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。
就会产生电流；该电流的方向和驱动电机旋转的电流方向 相反。
步进电机转速较高时，其线圈中产生的感应电流抵消了一 部分由外部电源电压产生的电流，，所以，步进电机随着 转速的提高，输出力矩逐步下降。
步进电机参数名词解释
1. 步进电机相数： 电机内部的线圈组数 目前常用的有两相、三相、五相 步进电机。 2.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。 3.保持转矩（静扭矩）：电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。 4.定位转矩：电机在不通电的状态下，电机转子自身的锁定力矩。 5.失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。 6.矩频特性：电机在测试条件下测得的输出力矩与频率关系的曲线。 7.最高启动频率：步进电机由静止突然启动并进入不失步的正常运行所允 许的最高频率。
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，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，
步进电动机微步驱动电路基本结构框图
步距角：控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。
电机固有步距角 所用驱动器类型及工作状态 电机运行时的真正步距角
0.9°/1.8°
驱动器工作在半步状态
0.9°
0.9°/1.8° 0.9°/1.8° 0.9°/1.8° 0.9°/1.8°
驱动器工作在5细分状态 驱动器工作在10细分状态 驱动器工作在20细分状态 驱动器工作在40细分状态
03.两相步进电机驱动器
是一种能使步进电机运转的功率放大器，能把控制器发来 的脉冲信号转化为步进电机的角位移；电机的转速与脉冲 频率成正比，所以控制脉冲频率可以精确调速，控制脉冲 数就可以精确定位。
微步驱动技术 微步驱动技术是一种电流波形控制技术。其基本思想是控制 每相绕组电流的波形，使其阶梯上升或下降，即在0和最大值 之间给出多个稳定的中间状态，定子磁场的旋转过程中也就 有了多个稳定的中间状态，对应于电机转子旋转的步数增多、 步距角减小。采用细分驱动技术可以大大提高步进电机的步 矩分辨率，减小转矩波动，避免低频共振及降低运行噪声
从而达到wenku.baidu.com速的目的。
II.步进电机的分类 步进电机在构造上有三种主要类型：
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°）。
两相步进电机工作原理
当给A相通电时，由于定子A齿和转子 的1齿相对，没有切向力，转子静止。 接着给B相绕组通电时，转子的位置如 图a，转子齿偏离定子齿一个角度， 由于励磁磁通力需要沿磁阻最小路径通 过，因此对转子产生电磁吸力，迫使钻 子齿转动，当转子转到与定子齿对其位 置时（图b），因转子只受径向力而无切向力，故转矩
步进电动机及驱动技术
--宁波舜宇技术交流会
目 录 / contents
01 步进电机的基础知识 02 两相混合式步进电动机 03 两相步进电动机驱动器及电气连接 04 选型方法和常用电机驱动问答
01.步进电机的基础知识
I . 什么是步进电机
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
大。
因为细分数高时，电流曲线
光滑，所以电机输出力矩也
机较 音。
就波动小连续、电机运行就平稳；电机细分数小，电 机电流波动就大，其输出力矩波动就大，因而造成电 大的振动，该振动并产生噪音乃至其它部件的谐振噪
步进电机的力矩特性
法拉第电磁感应定律： 闭合电路的一部分在磁场中作切割磁力线运动时，导体中
与伺服电机相比，步进电机具有控制简单、使用方便、价格便宜等特点
步进电机的特点
① 步进电机没有累积误差，一般步进电机的精度为步距角的3-5%； ② 步进电机外表允许的最高温度取决于不同电机磁性材料的退磁点； ③ 步进电机的力矩会随转速的升高而下降（U=E+L(di/dt)+I*R） ④ 步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有
啸叫声。
02.两相混合式步进电机
I.两相混合步进电机的结构 步进电机有转子、定子、滚珠轴承、前后端盖等组成。转
子由铁芯、永磁体、旋转轴组成；定子由线圈绕组、定子 铁芯组成。 典型的两相电机步距角
为1.8°，即电机旋转一 圈为200步。 出力轴两端虽然有轴承 支撑，但该轴只能传递 力矩，不能承受径向力
0.36° 0.18° 0.09° 0.045°
实用公式：转速(r/s）=脉冲频率 /（电机每转整步数*细分数）
步进电机细分对控制精度的影响 为了定量分析步进电机细分数与运动平台定位精度之间的
为0， 转子被锁定在当前位置上 由此可见 错齿是助使步进电机旋转的根本原因
步进电机细分原理
未细分时 电机一圈： AA-BB-AA-BB
两细分时： AA-AA+BB-BB-BB+AA -AA-AA+BB-BB-BB+AA
步进电机细分数越高，电机
运转越平稳；步进电机细分
数越低，电机运转时振动越