两相步进电机的驱动技术优秀课件
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▪ 微步距方式的步距角更小，将使电机运行更加平稳。 12
▪ 一般称单四拍和双四拍工作方式为整步距方式； 单、双八拍工作方式为半步距方式。
▪ 步进电机中定子磁场和转子磁场的相互作用产生 转矩：
✓ 定子磁势IW（安匝），I为相电流，W为绕组匝 数。
✓ 转子磁势是由转子磁钢产生的，它是一个常数。 ✓ 所以当定子线圈匝数、转子磁钢磁性能及定、
3
1. 两相混合式步进电机结构
1
A•
2
B•
5
•
4
•
3
•
6
•
7
•A
8
•B
▪ 电机的定子上有八个绕有线圈的铁心磁极； ▪ 八个线圈串接成A、B两相绕组； ▪ 每个定子磁极边缘有多个小齿，一般多为五或六齿。 4
▪ 转子由两段有齿环形转子铁心、装在转子铁心内部的环形 磁钢及轴承、轴组成。
▪ 将环形磁钢沿轴向充磁，两段转子铁心的一端呈N极性， 另一端呈S极性，分别称之为N段转子和S段转子。
▪ 优点是步距角小，电机运行将更平稳。
11
5）微步距工作方式
ia
t
ia
t
▪ 在双四拍工作方式中，当两相绕组通以相等的电流时，电机 转子停在一个中间的位置。如果两相绕组电流不等，转子位 置将朝电流大的定子极方向偏移。
▪ 利用这个现象我们可使电机工作在微步距方式：将两相绕组 中的电流分别按正弦和余弦的轮廓呈阶梯式变化。则每个整 步距就分成了若干微步距。
假定线圈1、5所在的磁极为N极，则线
圈3、7所在的磁极为S极。
转子
14
▪ 定子磁极上有40个（或48个）齿，齿距为7.2°
▪ 两段转子铁心上各有50小齿，齿距为7.2°，但两 段转子的小齿相互错开1/2齿距
▪ 定子齿和转子齿齿距相等。。
15
模型电机和实际电机的比较
1
7
3
5 定子
转子
模型电机
实际电机图6-1
两相步进电机的驱动技术优秀课 件
1
▪ 前面讲述的各种伺服电机必须通过闭环实现位置伺 服。
▪ 而步进电机在开环状态就能实现精确的位置控制。 ▪ 开环较之闭环有如下好处： ➢ 结构简单，例如省去位置传感器及其信号处理电路。 ➢ 没有控制参数设计及其调试的问题。 ➢ 不存在稳定性问题。 ➢ 接线简单。
2
功A 率A 放B 大 器B
▪ 接口电路用光电隔离方式将运动控制器和驱动器连接起来，避 免驱动器中的大电流干扰信号经地线窜入运动控制器电路。
转子齿数
3
50
转子齿距
120度
7.2度
整步 距
1/4齿距30度 1/4齿距1.8度
半步距
1/8齿距15度 1/8齿距0.9度
整步一周节拍数 12
200
半步一周节拍数 24
400
16
3. 步进电机驱动技术
驱动器
运 脉冲 动 控 制 方向 器
接 脉冲 口 电 路 方向
环 uA
型 uA
分 uB
配 器
uB
9
□□ 4）
ia
A AB B BA A AB B BA
t
ib
t
A AB B BA A 图A6B-10 B BA
图6-9
在单四拍工作方式基础上，在每两个单拍之间插入一个 双拍工作状态，就成为单、双八拍工作方式。
交替使一个线圈和两个线圈通电，每一步转子旋转1/8齿
距即15度，经过这8拍以后，转子转过一个齿距120度。
三种类型的步进电机
▪ 永磁式步进电机（Permanent magnet motors， PM)
▪ 变磁阻步进电机(Variable Reluctance，VR)或称 反应式步进电机；
▪ 混合式步进电动机(Hybrid，HB)
▪ 定子绕组相数可分为两相、三相、四相、五相等。 ▪ 两相混合式步进电机在工业上应用最为广泛。
4步一个循环后共转过一个齿距120度，12步后转子旋转一周。
每一次仅一相绕组通电，四拍一个循环，称之为单四拍工作状8态
3）双四拍工作状态
ia
AB
BA AB BA
t
ib
t
AB BA图6-8AB BA
初始状态， A相、B相同时通电，由于两个定子图6齿-7 的吸引，转子 移动1/8齿距15度，停在一个中间的位置；
旋转一周需24步。
10
ia
A AB B BA A AB B BA
ia
A AB B BA A AB B BA
t
t
ib
ib
t
t
▪ 单、双八图拍6-工10作方式的缺点是产生“强、图弱6-1步1 ”的现象， 可利用的力矩被弱步力矩所限制，力矩的波动较大。
▪ 为了消除“强、弱步”现象，并使电机按强步力矩输出， 可以在弱步时绕组通以两倍的电流，对弱步力矩进行补偿。
转子铁心材料、尺寸已确定的情况下，电机产生wenku.baidu.com的力矩由定子绕组电流决定。
13
5）实际电机的工作原理
1
A•
2
B•
5
•
4
•
3
•
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•
7
•A
8
•B
1
7
5 定子
N
SS
N
i
图6-4
线圈1、5、3、7串联组成A相绕组；线
圈2、6、4、8串联组成B相绕组。
3
每一相四个绕组的绕线方向不同，通电
后每个绕组所在定子磁极的极性不同。
▪ 电流从相反方向流过同一相绕组产生的磁场方向也相反。
▪ 转子由两段永磁体组成，一段呈N极性，一段呈S极性。
▪ 每段永磁体有3个齿，齿距为120度，N极齿和S极齿彼此 错
开1/2齿距。
6
1）不通电状态
▪ 在绕组不通电时，由于磁通总是沿磁阻最小的路径通过，
磁通从N极性转子经定子极回到S极性转子。 ▪ 由于转子磁场的吸引作用，当外力力图使轴转动时，会有
▪ 转子铁心的边缘加工有小齿，一般为50个，齿距为7.2°。 ▪ 两段转子的小齿相互错开1/2齿距。
5
2. 两相混合式步进电机工作原理
每转12步的模型电机
N
SS
N
i
图6-4
▪ 定子上有四个绕有线圈的磁极（齿），相对磁极的线圈串联 组成两相绕组。
▪ 由于同一相绕组两个线圈绕线的方向相反，通过同一电流时 所 产 生的磁场方向也相反。
一个反向力矩阻止这种转动，称为自锁（detent)力矩。 7
2）单四拍工作状态
ia A BAB
t
ib
t 图6-6
AB AB
初始状态，A相通电产生保持力矩；
图6-5
B相通电，定子磁场旋转90度，吸引转子旋转1/4齿距（30度）；
/A 相通电、 /B相、 A相通电定子磁场各旋转90度，各吸引转子 旋转1/4齿距（30度）；
B/A相通电，定子磁场旋转90度吸引转子旋转1/4齿距30度；
/A/B、/BA、AB各相通电，定子磁场各旋转90度，各吸引转子 旋转1/4齿距30度；
4步一个循环后共转过一个齿距120度， 12步后转子旋转一周；
每一次两相绕组通电，四拍一个循环，称之为双四拍工作状态
因为两个线圈同时通电，产生的力矩比单四拍要大。
▪ 一般称单四拍和双四拍工作方式为整步距方式； 单、双八拍工作方式为半步距方式。
▪ 步进电机中定子磁场和转子磁场的相互作用产生 转矩：
✓ 定子磁势IW（安匝），I为相电流，W为绕组匝 数。
✓ 转子磁势是由转子磁钢产生的，它是一个常数。 ✓ 所以当定子线圈匝数、转子磁钢磁性能及定、
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1. 两相混合式步进电机结构
1
A•
2
B•
5
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•A
8
•B
▪ 电机的定子上有八个绕有线圈的铁心磁极； ▪ 八个线圈串接成A、B两相绕组； ▪ 每个定子磁极边缘有多个小齿，一般多为五或六齿。 4
▪ 转子由两段有齿环形转子铁心、装在转子铁心内部的环形 磁钢及轴承、轴组成。
▪ 将环形磁钢沿轴向充磁，两段转子铁心的一端呈N极性， 另一端呈S极性，分别称之为N段转子和S段转子。
▪ 优点是步距角小，电机运行将更平稳。
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5）微步距工作方式
ia
t
ia
t
▪ 在双四拍工作方式中，当两相绕组通以相等的电流时，电机 转子停在一个中间的位置。如果两相绕组电流不等，转子位 置将朝电流大的定子极方向偏移。
▪ 利用这个现象我们可使电机工作在微步距方式：将两相绕组 中的电流分别按正弦和余弦的轮廓呈阶梯式变化。则每个整 步距就分成了若干微步距。
假定线圈1、5所在的磁极为N极，则线
圈3、7所在的磁极为S极。
转子
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▪ 定子磁极上有40个（或48个）齿，齿距为7.2°
▪ 两段转子铁心上各有50小齿，齿距为7.2°，但两 段转子的小齿相互错开1/2齿距
▪ 定子齿和转子齿齿距相等。。
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模型电机和实际电机的比较
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5 定子
转子
模型电机
实际电机图6-1
两相步进电机的驱动技术优秀课 件
1
▪ 前面讲述的各种伺服电机必须通过闭环实现位置伺 服。
▪ 而步进电机在开环状态就能实现精确的位置控制。 ▪ 开环较之闭环有如下好处： ➢ 结构简单，例如省去位置传感器及其信号处理电路。 ➢ 没有控制参数设计及其调试的问题。 ➢ 不存在稳定性问题。 ➢ 接线简单。
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功A 率A 放B 大 器B
▪ 接口电路用光电隔离方式将运动控制器和驱动器连接起来，避 免驱动器中的大电流干扰信号经地线窜入运动控制器电路。
转子齿数
3
50
转子齿距
120度
7.2度
整步 距
1/4齿距30度 1/4齿距1.8度
半步距
1/8齿距15度 1/8齿距0.9度
整步一周节拍数 12
200
半步一周节拍数 24
400
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3. 步进电机驱动技术
驱动器
运 脉冲 动 控 制 方向 器
接 脉冲 口 电 路 方向
环 uA
型 uA
分 uB
配 器
uB
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□□ 4）
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A AB B BA A AB B BA
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A AB B BA A 图A6B-10 B BA
图6-9
在单四拍工作方式基础上，在每两个单拍之间插入一个 双拍工作状态，就成为单、双八拍工作方式。
交替使一个线圈和两个线圈通电，每一步转子旋转1/8齿
距即15度，经过这8拍以后，转子转过一个齿距120度。
三种类型的步进电机
▪ 永磁式步进电机（Permanent magnet motors， PM)
▪ 变磁阻步进电机(Variable Reluctance，VR)或称 反应式步进电机；
▪ 混合式步进电动机(Hybrid，HB)
▪ 定子绕组相数可分为两相、三相、四相、五相等。 ▪ 两相混合式步进电机在工业上应用最为广泛。
4步一个循环后共转过一个齿距120度，12步后转子旋转一周。
每一次仅一相绕组通电，四拍一个循环，称之为单四拍工作状8态
3）双四拍工作状态
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AB
BA AB BA
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AB BA图6-8AB BA
初始状态， A相、B相同时通电，由于两个定子图6齿-7 的吸引，转子 移动1/8齿距15度，停在一个中间的位置；
旋转一周需24步。
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ia
A AB B BA A AB B BA
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A AB B BA A AB B BA
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▪ 单、双八图拍6-工10作方式的缺点是产生“强、图弱6-1步1 ”的现象， 可利用的力矩被弱步力矩所限制，力矩的波动较大。
▪ 为了消除“强、弱步”现象，并使电机按强步力矩输出， 可以在弱步时绕组通以两倍的电流，对弱步力矩进行补偿。
转子铁心材料、尺寸已确定的情况下，电机产生wenku.baidu.com的力矩由定子绕组电流决定。
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5）实际电机的工作原理
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A•
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5 定子
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图6-4
线圈1、5、3、7串联组成A相绕组；线
圈2、6、4、8串联组成B相绕组。
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每一相四个绕组的绕线方向不同，通电
后每个绕组所在定子磁极的极性不同。
▪ 电流从相反方向流过同一相绕组产生的磁场方向也相反。
▪ 转子由两段永磁体组成，一段呈N极性，一段呈S极性。
▪ 每段永磁体有3个齿，齿距为120度，N极齿和S极齿彼此 错
开1/2齿距。
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1）不通电状态
▪ 在绕组不通电时，由于磁通总是沿磁阻最小的路径通过，
磁通从N极性转子经定子极回到S极性转子。 ▪ 由于转子磁场的吸引作用，当外力力图使轴转动时，会有
▪ 转子铁心的边缘加工有小齿，一般为50个，齿距为7.2°。 ▪ 两段转子的小齿相互错开1/2齿距。
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2. 两相混合式步进电机工作原理
每转12步的模型电机
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图6-4
▪ 定子上有四个绕有线圈的磁极（齿），相对磁极的线圈串联 组成两相绕组。
▪ 由于同一相绕组两个线圈绕线的方向相反，通过同一电流时 所 产 生的磁场方向也相反。
一个反向力矩阻止这种转动，称为自锁（detent)力矩。 7
2）单四拍工作状态
ia A BAB
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ib
t 图6-6
AB AB
初始状态，A相通电产生保持力矩；
图6-5
B相通电，定子磁场旋转90度，吸引转子旋转1/4齿距（30度）；
/A 相通电、 /B相、 A相通电定子磁场各旋转90度，各吸引转子 旋转1/4齿距（30度）；
B/A相通电，定子磁场旋转90度吸引转子旋转1/4齿距30度；
/A/B、/BA、AB各相通电，定子磁场各旋转90度，各吸引转子 旋转1/4齿距30度；
4步一个循环后共转过一个齿距120度， 12步后转子旋转一周；
每一次两相绕组通电，四拍一个循环，称之为双四拍工作状态
因为两个线圈同时通电，产生的力矩比单四拍要大。