步进电动机(第7章)知识讲解
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“分配方式”。不管分配方式如何，每循环一次，
控制电脉冲个数总等于拍数N，而加在每相绕组
上的脉冲电压个数却等于1，因而控制绕组电脉冲 频率f是每相绕组脉冲电压频率 f相 的N倍，即
步进电动机
f = N f相
脉冲分配 器和功放
控制电机
2. 每输入一个电脉冲信号，转子转过的角
度称步距角，用 θb 表示。 （ZR为转子齿数）
7.1 反应式步进电动机的工作原理和基控本制特电机点
一、概述
步进电动机称为脉冲电动机，是数字控制系
统中的一种执行元件。其作用是将脉冲电信
号转换为角位移或直线位移。
步进电动机角位移与脉冲k成正比。
步进电动机速度与脉冲频率成正比。 具有同步特性。
n
n
步进电动机
Tem
f
k 脉冲分配
器和功放
控制电机
步进电动机的驱动需要结合数字技术、 计算机技术和电力电子技术。
控制电机
3. 反应式步进电动机可进行角度控制，也可进 行速度控制。
角度控制时，每输入一个脉冲，定子绕组就 换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉 冲数一致，输出轴转动的角位移量与输入脉冲数 成正比。
步进电动机
脉冲分配
k 器和功放
控制电机
速度控制时，送入步进电动机的是连续脉冲，
各相绕组不断的轮流通电，步进电动机连续运转，
步进电动机被广泛应用于需要精确定 位和定速的控制系统中，例如数控机床、 绘图仪器、机器人等领域。
步进电动机
脉冲分配 器和功放
控制电机
XY操作台
控制电机
恒流泵
控制电机
打印机
控制电机
激光排版
控制电机
切线机
控制电机
幻灯机
二、典型结构
步进电动机按 励磁方式可分为反 应式、永磁式和感 应子式，其中反应 式结构简单，使用 普遍。右图为一台 三相反应式步进电 动机的典型结构图。
转子的转速和转向就由脉冲频率和通电顺序决定。
因此，改变电脉冲输入的情况，就可方便的控制
电动机的正、反转，快速启动，制动以及改变转
速的大小。 步进电动机
n60 f 36600 f fb
的转速还可用步 NRZ NRZ3606
距角来表示，用
步距角表示转速
则为：
控制电机
n =频( f率θf一b )/定6o时，r/步mi距n 角越小，转速越低，电 机输出功率越小。从提高加工精度上要求，应 选用小的步距角，但从提高输出功率上要求， 步距角又不能取的太小。一般步距角应根据系 统中应用的具体情况进行选取。
转速与脉冲频率成正比，每输入一个脉冲，转子
转过整个圆周的 1 /（N ZR ），也就是转过 1 /（N ZR ）转，故转速为：
n 60 f
Nபைடு நூலகம் R
n
步进电动机
f
脉冲分配
器和功放
控制电机
n =（60 f）/（N ZR ）r/min
转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，而与电
压、负载、温度等因素无关。当转子齿数一定时，
θ t 。其电角度相当于一对极距，即 齿距角θ t e =2π rad。
4. 失调角：
θe
定子齿轴线与转子齿轴线 之间的夹角，称为失调角θ e 。 通常用电角度表示。
θe =0 时的位置称稳定平 衡位置或协调位置。
转子
θte
控制电机
5. 单相通电的距角特性：
单相通电时，通电相极下的齿会产生转矩，这
加 N 或 ZR 来实现。但 N 大，则m大，电机、电 源结构复杂，因此通常 ZR 数值大。
控制电机
下图为一台四相步进电动机，设其为四相 单四拍运行。转子上共有50个齿，计算其齿距 角 θ t和步距角θb 。
A
B
C
D
八拍运行？
t3 56 0 7 0 .2 ; b4 3 5 6 0 0 1 .8
控制电机
第7章 步进电动机
中国矿大信电学院
第7章 步进电动机
7.1 反应式步进电动机的工作原理 和基本特点
7.2 反应式步进电动机的运行特性 7.3 步进电动机主要性能指标和技术数据 7.4 步进电动机的应用举例
第7章 步进电动机
本章要求：
熟练掌握步进电动机的工作原理,熟悉步进电 动机的基本特点。 熟练掌握步进电动机的矩角特性和静态转矩。 熟悉并掌握步进电动机的单步运行状态。 熟练掌握步进电动机的连续脉冲运行和运动特性 熟悉步进电动机的主要性能指标。
控制电机
二、工作原理
步进电动机的工作原理是磁通总是走磁阻最小的 路径,由于磁力线的扭曲而产生拖动转矩。
三相反应式步进电动机按通电方式的不同，每步转动不 同的角度。下面以三相单三拍为例，说明其工作原理。
控制电机
控制电机
三相步进电动机具有三相单三拍、三相六 拍和三相双三拍运行状态。 “三相”：步进电动机具有三相定子绕组。 “单、双”：每次只有一相（单）或两相（双）绕
步进电动机转子齿距角 θt 为： θ t = 360o / ZR
步距角θb为：
b
t
N
3600 NZR
因为电脉冲每循环一次（经
过N拍），转子正好转过一
个齿距，因此每一个脉冲转
过1/N齿距（步距角）。 N =
k m （k=1，2 m = 相数）
控制电机
步距角θb为：
b
t
N
3600 NZR
为提高工作精度，要求步距角小，可通过增
组通电。 “三拍”：每三次换接为一个循环。有三种通电状态
A-B-C-A…… “六拍”：每六次换接为一个
循环。有六种通电状态。
A-AB-B-BC-C-CA-A……
原理动画
控制电机
三、基本特点
1. 步进电动机工作时，每相绕组不是恒定的通
电，而是由专门的驱动电源供给，通过“环形分
配器”按一定规律轮流通电。这种通电方式称为
一台四相步进电动机，设其为四相八拍运行。 转子上共有50个齿，计算n=1000r/min时，控 制脉冲频率？
60 f n
NZ R
fnN R1 Z0 8 0 50 06.6 6H 6 7 z 60 60
控制电机
4. 步进电动机具有自锁能力
当控制电脉冲停止输入，而让最后一个 脉冲控制的绕组继续通直流电时，电机 可以保持在固定的位置上。这样，步进 电动机可以实现停车时转子定位。
些齿与转子齿的相对位置及所产生的转矩都是相
7.2 反应式步进电动机的运行特性
一、 矩角特性和静态转矩
1.
静止状态：
控制脉冲停止时，如果某相绕组仍通 入恒定不变的电流，将转子固定于某
一位置上，保持不动。
2. 自锁：
静止状态时，即使有一个小的扰
动，使转子偏离此位置，磁拉力也 能把转子拉回来。即：电机能可靠 地锁在静止位置的功能。
控制电机
3. 齿距角： 一个齿距对应的角度，称为齿距角
控制电脉冲个数总等于拍数N，而加在每相绕组
上的脉冲电压个数却等于1，因而控制绕组电脉冲 频率f是每相绕组脉冲电压频率 f相 的N倍，即
步进电动机
f = N f相
脉冲分配 器和功放
控制电机
2. 每输入一个电脉冲信号，转子转过的角
度称步距角，用 θb 表示。 （ZR为转子齿数）
7.1 反应式步进电动机的工作原理和基控本制特电机点
一、概述
步进电动机称为脉冲电动机，是数字控制系
统中的一种执行元件。其作用是将脉冲电信
号转换为角位移或直线位移。
步进电动机角位移与脉冲k成正比。
步进电动机速度与脉冲频率成正比。 具有同步特性。
n
n
步进电动机
Tem
f
k 脉冲分配
器和功放
控制电机
步进电动机的驱动需要结合数字技术、 计算机技术和电力电子技术。
控制电机
3. 反应式步进电动机可进行角度控制，也可进 行速度控制。
角度控制时，每输入一个脉冲，定子绕组就 换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉 冲数一致，输出轴转动的角位移量与输入脉冲数 成正比。
步进电动机
脉冲分配
k 器和功放
控制电机
速度控制时，送入步进电动机的是连续脉冲，
各相绕组不断的轮流通电，步进电动机连续运转，
步进电动机被广泛应用于需要精确定 位和定速的控制系统中，例如数控机床、 绘图仪器、机器人等领域。
步进电动机
脉冲分配 器和功放
控制电机
XY操作台
控制电机
恒流泵
控制电机
打印机
控制电机
激光排版
控制电机
切线机
控制电机
幻灯机
二、典型结构
步进电动机按 励磁方式可分为反 应式、永磁式和感 应子式，其中反应 式结构简单，使用 普遍。右图为一台 三相反应式步进电 动机的典型结构图。
转子的转速和转向就由脉冲频率和通电顺序决定。
因此，改变电脉冲输入的情况，就可方便的控制
电动机的正、反转，快速启动，制动以及改变转
速的大小。 步进电动机
n60 f 36600 f fb
的转速还可用步 NRZ NRZ3606
距角来表示，用
步距角表示转速
则为：
控制电机
n =频( f率θf一b )/定6o时，r/步mi距n 角越小，转速越低，电 机输出功率越小。从提高加工精度上要求，应 选用小的步距角，但从提高输出功率上要求， 步距角又不能取的太小。一般步距角应根据系 统中应用的具体情况进行选取。
转速与脉冲频率成正比，每输入一个脉冲，转子
转过整个圆周的 1 /（N ZR ），也就是转过 1 /（N ZR ）转，故转速为：
n 60 f
Nபைடு நூலகம் R
n
步进电动机
f
脉冲分配
器和功放
控制电机
n =（60 f）/（N ZR ）r/min
转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，而与电
压、负载、温度等因素无关。当转子齿数一定时，
θ t 。其电角度相当于一对极距，即 齿距角θ t e =2π rad。
4. 失调角：
θe
定子齿轴线与转子齿轴线 之间的夹角，称为失调角θ e 。 通常用电角度表示。
θe =0 时的位置称稳定平 衡位置或协调位置。
转子
θte
控制电机
5. 单相通电的距角特性：
单相通电时，通电相极下的齿会产生转矩，这
加 N 或 ZR 来实现。但 N 大，则m大，电机、电 源结构复杂，因此通常 ZR 数值大。
控制电机
下图为一台四相步进电动机，设其为四相 单四拍运行。转子上共有50个齿，计算其齿距 角 θ t和步距角θb 。
A
B
C
D
八拍运行？
t3 56 0 7 0 .2 ; b4 3 5 6 0 0 1 .8
控制电机
第7章 步进电动机
中国矿大信电学院
第7章 步进电动机
7.1 反应式步进电动机的工作原理 和基本特点
7.2 反应式步进电动机的运行特性 7.3 步进电动机主要性能指标和技术数据 7.4 步进电动机的应用举例
第7章 步进电动机
本章要求：
熟练掌握步进电动机的工作原理,熟悉步进电 动机的基本特点。 熟练掌握步进电动机的矩角特性和静态转矩。 熟悉并掌握步进电动机的单步运行状态。 熟练掌握步进电动机的连续脉冲运行和运动特性 熟悉步进电动机的主要性能指标。
控制电机
二、工作原理
步进电动机的工作原理是磁通总是走磁阻最小的 路径,由于磁力线的扭曲而产生拖动转矩。
三相反应式步进电动机按通电方式的不同，每步转动不 同的角度。下面以三相单三拍为例，说明其工作原理。
控制电机
控制电机
三相步进电动机具有三相单三拍、三相六 拍和三相双三拍运行状态。 “三相”：步进电动机具有三相定子绕组。 “单、双”：每次只有一相（单）或两相（双）绕
步进电动机转子齿距角 θt 为： θ t = 360o / ZR
步距角θb为：
b
t
N
3600 NZR
因为电脉冲每循环一次（经
过N拍），转子正好转过一
个齿距，因此每一个脉冲转
过1/N齿距（步距角）。 N =
k m （k=1，2 m = 相数）
控制电机
步距角θb为：
b
t
N
3600 NZR
为提高工作精度，要求步距角小，可通过增
组通电。 “三拍”：每三次换接为一个循环。有三种通电状态
A-B-C-A…… “六拍”：每六次换接为一个
循环。有六种通电状态。
A-AB-B-BC-C-CA-A……
原理动画
控制电机
三、基本特点
1. 步进电动机工作时，每相绕组不是恒定的通
电，而是由专门的驱动电源供给，通过“环形分
配器”按一定规律轮流通电。这种通电方式称为
一台四相步进电动机，设其为四相八拍运行。 转子上共有50个齿，计算n=1000r/min时，控 制脉冲频率？
60 f n
NZ R
fnN R1 Z0 8 0 50 06.6 6H 6 7 z 60 60
控制电机
4. 步进电动机具有自锁能力
当控制电脉冲停止输入，而让最后一个 脉冲控制的绕组继续通直流电时，电机 可以保持在固定的位置上。这样，步进 电动机可以实现停车时转子定位。
些齿与转子齿的相对位置及所产生的转矩都是相
7.2 反应式步进电动机的运行特性
一、 矩角特性和静态转矩
1.
静止状态：
控制脉冲停止时，如果某相绕组仍通 入恒定不变的电流，将转子固定于某
一位置上，保持不动。
2. 自锁：
静止状态时，即使有一个小的扰
动，使转子偏离此位置，磁拉力也 能把转子拉回来。即：电机能可靠 地锁在静止位置的功能。
控制电机
3. 齿距角： 一个齿距对应的角度，称为齿距角