【图文】步进电机、伺服电机基础知识
步进电机与伺服电区别优选PPT文档
步进和伺服电机可以拆开检修或改装吗？
不要，最好让厂家去做，拆开后没有专业设备很难安装回原样，电机的转定子间的间 隙无法保证。磁钢材料的性能被破坏，甚至造成失磁，电机力矩大大下降。
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步进电机及驱动器原理知识【知识讲解】课件
步进电机在医疗设备领域的应用逐渐增多，如手 术机器人、诊断设备和康复设备等。
智能家居
步进电机在智能家居领域的应用也日益广泛，如 智能门锁、智能窗帘和智能照明等。
无人机和机器人
步进电机在无人机和机器人领域的应用也取得了 重要进展，如飞行控制系统和机械臂等。
对未来发展的展望
1 2 3
创新驱动 未来步进电机的技术发展将更加依赖于创新驱动， 包括新材料、新工艺和新技术的应用。
在机器人领域的应用
关节驱动
步进电机常用于机器人的 关节驱动，实现机器人的 各种复杂动作和姿态。
移动机构
步进电机可以驱动机器人 的移动机构，实现机器人 在各种地形和环境中的稳 定行走。
操控手部
步进电机可以用于机器人 的手部操作，实现抓取、 搬运和操作等动作的精确 控制。
在其他领域的应用
医疗器械
航空航天
查并紧固相关部件。
过热或冒烟
可能是由于电机过载、电源电 压过高或驱动器故障，需要检 查电机负载、电源电压和驱动 器状态。
噪声或异响
可能是由于轴承磨损、齿轮损 坏或其他机械故障，需要检查 并更换相关部件。
不通电或无响应
可能是由于电源故障、接线不 良或驱动器故障，需要检查电
源、接线和驱动器状态。
05
步进电机发展趋势
驱动器的选择
根据电机类型选择
不同类型的步进电机需要选择相 应的驱动器，例如直流步进电机 需要选择直流步进电机驱动器， 交流步进电机需要选择交流步进
电机驱动器。
根据控制系统选择
不同的控制系统需要选择相应的 驱动器，例如PLC控制系统需要 选择与PLC控制系统兼容的驱动
器。
根据性能要求选择
步进电机伺服电机工作原理通用课件
03 伺服电机在自动化生产线中的应用
自动化生产线中的高精度定位、物料搬运等环节 常常使用伺服电机作为驱动元件，实现高精度的 定位和运动控制。
05
总结与展望
工作原理总结
步进电机工作原理
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机 电元件，通过控制输入的脉冲数量和频率，实现电机的步 进转动。
步进电机在运行过程中不会出现丢步现象，具有较高的可靠性。
02
伺服电机工作原理
伺服电机简介
伺服电机是一种能够精确控制其转动角度和速度 01 的电机，广泛应用于各种自动化设备和控制系统
。
伺服电机通常由定子和转子组成，定子中包含控 02 制磁场方向的线圈，而转子则包含永磁体。
伺服电机具有高精度、快速响应、高动态性能等 03 特点，能够实现精确的位置控制和速度控制。
伺服电机工作原理
伺服电机是一种将输入的电信号转换成角位移或线位移的 机电元件，通过控制输入的电压或电流，实现电机的连续 转动。
两者比较
步进电机和伺服电机在工作原理上存在一定的差异，步进 电机通过控制脉冲数量和频率实现步进转动，而伺服电机 通过控制输入的电压或电流实现连续转动。
应用前景展望
01
步进电机应用前景
通过改变输入到伺服电机的电流或电压的大小和方向，可以精确控制电 机的转动速度和方向，从而实现精确的位置和速度控制。
伺服电机的控制系统通常由控制器、驱动器和电机组成，控制器负责发 送控制信号，驱动器负责将控制器发出的信号转换为能够驱动电机的能 量，而电机则负责执行控制器的指令，实现精确的转动控制。
交流伺服电机、步进电机、直流伺服电机介绍
交流伺服电机的缺点
• 控制较复杂 • 驱动器参数需要现场调整
– PID参数整定
• 需要更多的连线
驱动器（放大器）工作原理（续）
伺服放大器结构框图
电流PWM控制
• 脉宽调制技术（三角波、正弦波） • 非低噪音模式
驱动器
• 步进电机驱动器（Indexer） • 接受脉冲信号控制绕组电流；环形分配
Torque
IA = 1
IB = 1
P Q Angle
Figure : Rotation in a stepper motor is generated by alternately energizing and de-energizing the poles in the motor’s stator creating torque which turns the rotor.
C1
A2
交流伺服电机结构示意图
交流伺服电机工作原理
• 电子换相（VS 电刷换向）
• 磁极位置检测
霍尔传感器
将3个霍尔传感器装在定子上，各相差120度（不是空间 角度）均布在电机一端。
H1
H2
H3
States 101 100 110 010 011 001
如何放置霍尔传感器？
假设转矩曲线为梯形曲线
三相电流和力矩的关系
Ta
每一相有三个阶段:
• 正向电流 － 1/3 时
Ia
间
• 负向电流 － 1/3 时
Tb
间
• 没有电流 － 1/3 时
Ib
间
在三相中，总是：
Tc
• 一相正向电流
• 一相负向电流
Ic
• 一相没有电流
步进电机、伺服电机基础知识
8
（4）电机接线方法
1. 步进电机驱动器接线方法 ① 光电隔离原件作用：电气隔离、抗干扰 ② 共阳极接法、共阴极接法和差分方式接法
共阳极接法
共阴极接法
9
步进电机驱动器的典型接线：
OPTO：输入信号的公共端 FREE：脱机信号（低电平 有效），当此输入控制端为低 电平时，电机励磁电流被关断， 电机处于脱机自由状态。 DIR：方向电平信号输入端， 高低电平控制电机正/反转。 CP：步进脉冲信号输入， 下降沿有效，信号电平稳定时 间不小于0.3μs。 A+、A-、B+、B-：接步进 电机线圈。
分类与结构
步进电动机分为反应式,永磁式, 和混合式三种.
C'
三相反应式步进电动机由定子 和转子两个部分构成.
右图中,定子有6个磁极,两个相
对的磁极组成一相;转子上有均 匀分布的4个齿.
B
A B'
C
A'
5
(1)步进电动机的工作原理
由环形分配器送来的脉冲信号，对定子绕组轮流通电。设相序为A→B→C→A。 当A相控制绕组通电， 而B、C相不通电时，步进电动机的气隙磁场与A相绕组轴线重合， 而磁力线总是力图从磁阻最小的路径通过，
A
A
A
A
C'
B' C'
B' C'
B' C'
B'
21 34
1 24
3
1 24
3
14 23
B
CB
CB
CB
C
A'
A'
A'
A'
(a)
(b)
(c)
步进电机、伺服与伺服电机
伺服电机伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。
伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。
伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。
分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。
伺服电机1、伺服系统（servomechanism）是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。
伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。
直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。
因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。
2、无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。
控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。
电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。
交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。
大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。
因而适合做低速平稳运行的应用。
《伺服电机知识培训》PPT课件
分析当前国内用户的购买因素，占前三位的是稳定可靠性、价格和 服务。这也说明目前国内交流伺服市场还处在较低级的阶段，对性能 和功能的充分利用没有摆在重要位置。从长远来看，伺服厂商的关键 成功因素应该是产品的性价比、可靠性、技术含量、以及市场份额和 品牌影响力。
（2）. 国内市场品牌竞争状况 国内交流伺服市场当前品牌竞争情况和10多年前的变频器市场非常
度变化，而且转子速度等于定子速度，所以称“同步”。 （2）、交流异步电机：转子由感应线圈和材料构成。转动 后，定子产生旋转磁场，磁场切割定子的感应线圈，转子 线圈产生感应电流，进而转子产生感应磁场，感应磁场追 随定子旋转磁场的变化，但转子的磁场变化永远小于定子 的变化，一旦等于就没有变化的磁场切割转子的感应线圈， 转子线圈中也就没有了感应电流，转子磁场消失，转子失 速又与定子产生速度差又重新获得感应电流。所以在交流 异步电机里有个关键的参数是转差率就是转子与定子的速 度差的比率。 （3）、对应交流同步和异步电机，变频器就有相应的同步变 频器和异步变频器，伺服电机也有交流同步伺服和交流异 步伺服。当然变频器里交流异步变频常见，伺服则交流同 步伺服常见。 4、交流伺服电机与普通电机还有很多区别，可以参考一下 《电机学》方面的书籍；普通电机通常功率很大，尤其是 启动电流很大，伺服驱动器的电流容量不能满足要求。可 从电机的尺寸就知道原因了。
伺服电机 步进电机 通俗讲解
伺服电机和步进电机是现代工业中常见的两种电机类型，它们都有着广泛的应用领域，但是在工作原理、性能特点和适用场景上有着明显的区别。
在本文中，我们将对这两种电机进行通俗易懂的解释，帮助读者更好地理解它们的工作原理和特点。
一、伺服电机1.1 工作原理伺服电机通过控制系统对电机的转矩、速度和位置进行精确的调节，以实现精准的运动控制。
通常情况下，伺服电机由电机、编码器、控制器和反馈系统等组成。
控制器接收指令并通过反馈系统获取实际运动状态，然后调节电机的输出来实现所需的运动控制。
1.2 特点（1）精准控制：伺服电机能够实现高精度的位置控制和速度控制，广泛应用于需要高精度运动控制的场合。
（2）响应速度快：由于采用了闭环控制系统，伺服电机的响应速度非常快，能够迅速响应外部指令并实现快速准确的运动。
（3）负载能力强：伺服电机能够承受较大的负载，在高速、高精度运动控制的情况下仍能保持稳定的输出。
1.3 应用领域伺服电机广泛应用于数控机床、工业机器人、印刷设备、纺织设备等需要高精度运动控制的领域，以及飞行器、导弹、船舶等需要快速响应和精准控制的领域。
二、步进电机2.1 工作原理步进电机是一种数字式电机，通过依次通电给定的电磁线圈，使电机按一定的步距顺序转动。
步进电机的步距角和步距数与其结构有关，不同的步进电机有不同的步距角和步距数。
2.2 特点（1）结构简单：步进电机结构相对简单，通常由定子、转子、电磁线圈和控制电路组成，维护和安装相对方便。
（2）定位精度高：步进电机能够实现高精度的位置控制，适用于一些需要精准定位的场合。
（3）低速高扭矩：步进电机在低速情况下能够提供较大的输出扭矩，适合一些需要较大输出扭矩和低速运动的场合。
2.3 应用领域步进电机广泛应用于打印机、数码相机、纺织设备、医疗设备、自动售货机等需要精准定位和低速高扭矩输出的领域。
三、伺服电机和步进电机的比较3.1 工作原理对比伺服电机通过控制系统对电机的转矩、速度和位置进行精确的调节，实现精准的运动控制；步进电机是一种数字式电机，通过依次通电给定的电磁线圈，使电机按一定的步距顺序转动。
步进电机及交流伺服电机
步进电机及驱动器、 交流伺服电机及驱动器原理与应用深圳市雷泰控制技术有限公司 2008．12．18．- 1 -一．步进电机及驱动器原理步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，广泛应用在各种自动化 设备中。
步进电机和普通电动机不同之处在于它是一种将电脉冲信号转化为角位移的 执行机构，它同时完成两个工作：一是传递转矩，二是控制转角位置或速度。
1． 步进电机工作原理 图 1.1 为两相步进电机的工作原理示意图，它有 2 个绕组。
当一个绕组通电后， 其定子磁极产生磁场，将转子吸合到此磁极处。
若绕组在控制脉冲的作用下，通电方 向顺序按照 A A ® B B ® A A ® B B 四个状态周而复始进行变化，电机可顺时针转 动；通电时序为 A A ® B B ® A A ® B B 时，电机就逆时针转动。
控制脉冲每作用 一次，通电方向就变化一次，使电机转动一步，即 90 度。
4 个脉冲，电机转动一圈。
脉冲频率越高，电机转动越快。
步进电机的输出力矩与电机的有效体积、线圈匝数、磁通量、电流成正比，因此， 电机有效体积越大，线圈匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。
定子A转子AS N B S N A(a) A N S B N S A (c)图 1.1 两相步进电机原理图N S B B N S B(b) A AS N B B S N BA (d)- 2 -2．步进电机结构图 1.2步进电机结构图3．驱动器原理： 步进电机必须有驱动器和控制器才能正常工作。
驱动器的作用是对控制脉冲进行 环形分配、功率放大，使步进电机绕组按一定顺序通电，控制电机转动。
Vcc 脉冲信号 环行 分配器 细分电路 功率 放大 A A B B 步进电机驱动器 步进电机控制器方向信号图 1.3 步进电机控制系统- 3 -以两相步进电机为例，当给驱动器一个脉冲信号和一个正方向信号时，驱动器经 过环形分配器和功率放大后，给电机绕组通电的顺序为 A A ® B B ® A A ® B B ， 其四个状态周而复始进行变化，电机顺时针转动；若方向信号变为负时，通电时序就 变为 A A ® B B ® A A ® B B ，电机就逆时针转动。
步进及伺服电机
当相电流衰减到比额定值小时，Rc上电压UC也降低， 经比较器输出高电位，VT2又导通。如此循环，相 电流便可维持在额定值附近。当VT1、VT2截止时， 相电流沿图中绿色虚线所示回路流动，电流快速衰
减到零。
步进及伺服电机
步进电机实例
系统操作面板 （OP020）
安装导轨
控制模块 （ECU）
机电一体化技术
SINUMERIK 802S & STEPDRIVE
机床操作面板 （MCP）
SINUMERIK 802S数控系统可控制2～
3个进给轴和一个开环主轴（变频器），输
出脉冲和方向信号至步进驱动器。
STEPDRIVE C/C+为单轴驱动器，用于五
步进及伺服电机
步进电机驱动电源
恒流斩波驱动电路及波形（一相）
机电一体化技术
VT1驱动脉冲（来自脉冲分配后的脉冲）
VT2 VD2
VT2截止
额定电流
Udc
VT1、VT2 导通
VT1、VT2 截止
VD1 VT1
比较器
Uc
Rc
开始时，VT1、VT2均导通， 相电流流向如图中红色虚线所示。
当电流上升到比额定值略大一点时，反馈电阻
进电机绕组为三相三拍通电方式，反之，为三相六拍通电方式。
环形分配器根据方向信号和走步脉冲信号确定功率放大器的驱动 信号，控制相应绕组的导通与关断。环形分配器有专门的集成电路。
步进及伺服电机
步进电机控制方式
软件环形分配
SA 控制器 SB
SC
机电一体化技术
驱动器
A
常用电机与控制—步进电机, 伺服电机
随着生产过程机械化、电气化和自动化的不断发展，出现了各种类型的特种电动机。
这些电动机的工作原理，一般与普通的异步电动机和直流电动机的基本原理近似，但是它们在性能、结构、生产工艺上各有其特殊性，多用于自动控制过程中。
一般来说，这些电动机的功率不大，小的只有几分之一瓦，大的也不过几十瓦或几百瓦，属于微型电动机的范围。
步进电动机一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。
每输入一个冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。
因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。
步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。
由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。
随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。
步进电动机的种类很多，按结构可分为反应式和激励式两种；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。
(原文件名:图1 反应式步进电动机的结构示意图MCU_01.gif)引用图片图1是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。
两个相对的磁极组成一组，联法如图所示。
下面介绍反应式步进电动机单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。
一、单三拍通电方式的基本原理设A相首先通电（B、C两相不通电），产生A-A′轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。
这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。
在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置（图2a）；接着B相通电（A、C两相不通电），转了便顺时针方向转过30°，它的齿和C、C′极对齐（图2c）。
不难理解，当脉冲信号一个一个发来时，如果按A→C→B→A→…的顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。
这种通电方式称为单三拍方式。
步进电动机伺服系统介绍(ppt 43页)
步进电机功率驱动器
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5.工作原理
360 一般 θs= m z k
m——绕组相数；
Z——转子齿数。
360
. . 三拍通电激磁，步距角θs = 3 40
= 3o
1
. . 六拍通电激磁，步距角θs = 3
360 40
= 1.5o
2
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定子绕组通断电顺序
→ 转子转向
定子绕组通断电转换频率 → 转子转速
（3）过渡态 指步进电机从一种工作状态进入另一种工作状态。如，
从静止到转动、从转动到静止、从正传到反转等。这
些状态转变的过渡过程为过渡态。 a.启动 电机频率从0增大到fst,转子转速从0增大到nst,当fst高时， 指令中止。 b.制动 从稳步状态fn减小到0时，转子从nn减小到0，当f高时， 产生过冲制动。采用不断降速后制动。 c.反转 从正到反，从反到正。
定子绕组通断电次数
→ 转子转角
❖ 通断电方式
三相单三拍 三相双三拍 三相六拍
A →B →C →A （K=1） AB →BC →CA →AB （K=1） A →AB →B →BC →C →CA →A （K=2）
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6. 步进电机的主要特征
a. 步距误差不积累，转一圈后，步距误差为0
步进电机有两个特点：
时间t1较短 (100-600 s)
➢ 绕组在高压 EH下电流 迅速增大至额定值， 此时低压 EL无效。
➢ t1之后，VT2截止，低压供压， 维持绕组所需的额定电流Ie
EH EL
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➢ EH供电，励磁电流前沿电流 Ip=[EH/(r+R0)](1-e-t/Ti )
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应用：应用：直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。
经常直流伺服电机的特性较交流伺服电机硬。
用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为1600W。
它的用途很多，如随动系统中的位置控。
它的用途很多，制等。
制等。
21 Super Lighting
4、PLC编程实现 PLC编程实现脉冲输出的使用：可变脉冲输出：脉冲输出：有加减速脉冲输出：原点回归： 22 Super Lighting
绝对定位：相对定位： 23 Super Lighting
5、步进电机与伺服电机的区别虽然两种电机控制上相似（都是才用脉冲信号和方向信号，但使用性能和场合上存在着较大的差异。
一、控制精度不同。
二、低频特性不同。
三、矩频特性不同。
四、过载能力不同。
区别五、运行性能不同。
六、速度响应性能不同。
24 Super Lighting。