机电基础知识
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18
典型的步进电机控制系统的组成
19
5、旋转方向的控制
电动机旋转方向和内部绕组的通电顺序有关 以三相步进电动机为例（单三拍）：
正向旋转通电顺序：A—B—C—A
反向旋转通电顺序：A—C—B—A
20
旋转方向的控制
21
6、运动小车装置介绍
7、运动控制与步进电机
1、运动控制
（1）运动控制系统简介
运动控制系统是一门有关如何对物体位置和速度进行精密控制
1. 两相混合式步进电机结构
A
1
5
3
7
A B
2
4
6
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。
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。 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。
图6-5 初始状态，A相通电产生保持力矩； 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）； 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态
。如此循环地对两相线圈进行单相然后两相激磁，步进电机将以每
个脉冲半个基本步矩角的方式转动。
细分：细分就是指电机运行时的实际步矩角是基本步矩角的几
分之一。如：驱动器工作在10细分状态时，其步矩角只为电机固有步
矩角的十分之一，也就是说：当驱动器工作在不细分的整步状态时， 控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°，而用细分驱动器工作
精度。步进电机都有低频振荡的特点，如果电机需要工作在低频共振区
工作，细分驱动器是很好的选择。此外，细分和不细分相比，输出转矩 对各种电机都有不同程度的提升。
（2）步进电机驱动器 本系统中采用两相混合式步进电机驱动器 YKA2404MC 细分驱动器
，其外形如图所示。
（3）步进电机驱动器的端子与接线
机电相关知识
机电相关知识
安徽省汽车工业学校
机数部 程银燕
机电相关知识
主要内容
1
电力拖动基础知识 传感器基础知识 步进电机基础知识
2
主要 内容
3
4
气动控制基础知识
步进电机基础知识
学习目标
1、了解二相混合步进电机的结构
2、了解二相混合步进电机的原理 3、能识读PLC、步进控制器、步进电机基本 控制线路图
的技术，典型的运动控制系统由三部分组成：控制部分、驱动部分和 执行部分。 步进电机的运行要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进 电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号，加以放大以驱动步进 电机。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制步进电机脉冲 信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电 机精确定位。
3）双四拍工作状态
ia
AB
BA
AB
BA
t
ib
t
AB BA 图 6-8AB BA
图6-7 初始状态， A相、B相同时通电，由于两个定子齿的吸引，转子 移动1/8齿距15度，停在一个中间的位置； 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。
ia
A AB B BA A AB B BA
t
ib
t 图 6-10 A AB B BA A AB 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。 旋转一周需24步。
步进电动机
11
1、步进电动机的结构组成：
步 进 电 机 组 成
定子 ——由硅钢片叠 成,有一定数量的 磁极和绕组 转子 ——用硅钢片叠 成或 用软磁性 材料做成凸极结 构
12
结构分析
励磁式——转子有绕组 反应式——转子无绕组 混合式（永磁感应子式）——转子无绕组有磁钢
13Hale Waihona Puke Baidu
结构分析——定子
14
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 一个反向力矩阻止这种转动，称为自锁（detent)力矩。
2）单四拍工作状态
ia
A B
A B
t
ib
t 图6-6
A B A B
结构分析——转子
15
电机转动的工作原理
总结：错齿是步进电动机旋转的根本原因
16
步距角
步距角——绕组每通电一次（即运 行一拍），转子就走一步，即转过 一定的角度。
17
4、典型的步进电机控制系统的组成
步进控制器——把输入的脉冲转换成环型脉冲， 以控制步进电动机，并能进行正反转控制 功率放大器——把步进电动机输出的环型脉 冲放大，以驱动步进电动机转动
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 i
N
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。 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。
在10细分状态时，电机只转动了0.18°。细分功能完全是由驱动器靠
精度控制电机的相电流所产生的，与电机无关。
2、步进电机
（1）步进电机的选型
a、驱动器的电流。电流是判断驱动器能力大小的依据，是选择驱
动器的重要指标之一，通常驱动器的最大额定电流要略大于电机的额定 电流，通常驱动器有2.0、35、6.0和8.0A。 b、驱动器的供电电压。供电电压是判断驱动器升速能力的标志， 常规电压供给有24V（DC）、40V（DC）、60V（DC）、80V（DC） 、110V（AC）、220V（AC）等。 c、驱动器的细分。细分是控制精度的标志，通过增大细分能改善
（2）常用术语 步进角：每输入一个电脉冲信号时转子转过的角度称为步进角 。步进角的大小可直接影响电机的运行精度。 整步：最基本的驱动方式，这种驱动方式的每个脉冲使电机移 动一个基本步矩角。例如：标准两相电机的一圈共有200个步矩角 ，则整步驱动方式下，每个脉冲使电机移动1.8°。 半步：在单相激磁时，电机转轴停至整步位置上，驱动器收到 下一个脉冲后，如给另一相激磁且保持原来相继续处在激磁状态， 则电机转轴将移动半个基本步矩角，停在相邻两个整步位置的中间
典型的步进电机控制系统的组成
19
5、旋转方向的控制
电动机旋转方向和内部绕组的通电顺序有关 以三相步进电动机为例（单三拍）：
正向旋转通电顺序：A—B—C—A
反向旋转通电顺序：A—C—B—A
20
旋转方向的控制
21
6、运动小车装置介绍
7、运动控制与步进电机
1、运动控制
（1）运动控制系统简介
运动控制系统是一门有关如何对物体位置和速度进行精密控制
1. 两相混合式步进电机结构
A
1
5
3
7
A B
2
4
6
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。
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。 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。
图6-5 初始状态，A相通电产生保持力矩； 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）； 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态
。如此循环地对两相线圈进行单相然后两相激磁，步进电机将以每
个脉冲半个基本步矩角的方式转动。
细分：细分就是指电机运行时的实际步矩角是基本步矩角的几
分之一。如：驱动器工作在10细分状态时，其步矩角只为电机固有步
矩角的十分之一，也就是说：当驱动器工作在不细分的整步状态时， 控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.8°，而用细分驱动器工作
精度。步进电机都有低频振荡的特点，如果电机需要工作在低频共振区
工作，细分驱动器是很好的选择。此外，细分和不细分相比，输出转矩 对各种电机都有不同程度的提升。
（2）步进电机驱动器 本系统中采用两相混合式步进电机驱动器 YKA2404MC 细分驱动器
，其外形如图所示。
（3）步进电机驱动器的端子与接线
机电相关知识
机电相关知识
安徽省汽车工业学校
机数部 程银燕
机电相关知识
主要内容
1
电力拖动基础知识 传感器基础知识 步进电机基础知识
2
主要 内容
3
4
气动控制基础知识
步进电机基础知识
学习目标
1、了解二相混合步进电机的结构
2、了解二相混合步进电机的原理 3、能识读PLC、步进控制器、步进电机基本 控制线路图
的技术，典型的运动控制系统由三部分组成：控制部分、驱动部分和 执行部分。 步进电机的运行要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进 电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号，加以放大以驱动步进 电机。步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比，控制步进电机脉冲 信号的频率，可以对电机精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电 机精确定位。
3）双四拍工作状态
ia
AB
BA
AB
BA
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ib
t
AB BA 图 6-8AB BA
图6-7 初始状态， A相、B相同时通电，由于两个定子齿的吸引，转子 移动1/8齿距15度，停在一个中间的位置； 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。
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A AB B BA A AB B BA
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t 图 6-10 A AB B BA A AB 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。 旋转一周需24步。
步进电动机
11
1、步进电动机的结构组成：
步 进 电 机 组 成
定子 ——由硅钢片叠 成,有一定数量的 磁极和绕组 转子 ——用硅钢片叠 成或 用软磁性 材料做成凸极结 构
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结构分析
励磁式——转子有绕组 反应式——转子无绕组 混合式（永磁感应子式）——转子无绕组有磁钢
13Hale Waihona Puke Baidu
结构分析——定子
14
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 一个反向力矩阻止这种转动，称为自锁（detent)力矩。
2）单四拍工作状态
ia
A B
A B
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t 图6-6
A B A B
结构分析——转子
15
电机转动的工作原理
总结：错齿是步进电动机旋转的根本原因
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步距角
步距角——绕组每通电一次（即运 行一拍），转子就走一步，即转过 一定的角度。
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4、典型的步进电机控制系统的组成
步进控制器——把输入的脉冲转换成环型脉冲， 以控制步进电动机，并能进行正反转控制 功率放大器——把步进电动机输出的环型脉 冲放大，以驱动步进电动机转动
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 i
N
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。 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。
在10细分状态时，电机只转动了0.18°。细分功能完全是由驱动器靠
精度控制电机的相电流所产生的，与电机无关。
2、步进电机
（1）步进电机的选型
a、驱动器的电流。电流是判断驱动器能力大小的依据，是选择驱
动器的重要指标之一，通常驱动器的最大额定电流要略大于电机的额定 电流，通常驱动器有2.0、35、6.0和8.0A。 b、驱动器的供电电压。供电电压是判断驱动器升速能力的标志， 常规电压供给有24V（DC）、40V（DC）、60V（DC）、80V（DC） 、110V（AC）、220V（AC）等。 c、驱动器的细分。细分是控制精度的标志，通过增大细分能改善
（2）常用术语 步进角：每输入一个电脉冲信号时转子转过的角度称为步进角 。步进角的大小可直接影响电机的运行精度。 整步：最基本的驱动方式，这种驱动方式的每个脉冲使电机移 动一个基本步矩角。例如：标准两相电机的一圈共有200个步矩角 ，则整步驱动方式下，每个脉冲使电机移动1.8°。 半步：在单相激磁时，电机转轴停至整步位置上，驱动器收到 下一个脉冲后，如给另一相激磁且保持原来相继续处在激磁状态， 则电机转轴将移动半个基本步矩角，停在相邻两个整步位置的中间