步进电机
步进电机
转角：由脉冲数控制 转速：由脉冲频率控制
转向：由方向信号确定
步进电机的分类
可变磁阻式（VR型）:转子以软铁加工成齿状，
当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故 其转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并 不大。其步进角通常为15°。 永久磁铁式（PM型）：转子由永久磁铁构成， 其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。 依转子材质区分，其步进角有45°、90°及 7.5°、11.25°、15°、18°等几种。 混合式（HB型）：转子由轴向磁化的磁铁制成， 磁极做成复极的形式，兼采可变磁阻式步进电机 及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩 大、步进角度小。混合式步进电机随着相数（通 电绕组数）的增加，步进角减小，精度提高，这 种步进电机的应用最为广泛。
步进电机减速器
减速器是一种动力传达 机构，利用齿轮的速度 转换器，将电机的回转 数减速到所要的回转数， 并得到较大转矩的机构。 减速机具有减速及增加 转矩功能，用于低转速 大扭矩的传动设备。 原理：轴上的齿数少的 齿轮啮合输出轴上的大 齿轮来达到减速的目的。
手动脉冲发生器 （码盘）
不需要驱动器，直接接步进电机，多用于手动控制数控 机床的面板。
4．动作灵敏：步进电机因为加速性能优越，所以可做 到瞬时起动、停止、正反转之快速、频繁的定位动作。 5．开回路控制、不必依赖传感器定位：步进电机的控 制系统构成简单，不需要速度感应器及位置传感器就 能以输入的脉波做速度及位置的控制。也因其属开回 路控制，故最适合于短距离、高频度、高精度之定位 控制的场合下使用。 6．中低速时具备高转矩：步进电机在中低速时具有较 大的转矩，故能够较同级伺服电机提供更大的扭力输 出。 7．高信赖性：使用步进电机装置与使用离合器、减速 机及极限开关等其它装置相较，步进电机的故障及误 动作少，所以在检查及保养时也较简单容易。 8．小型、高功率：步进电机体积小、扭力大，尽管于 狭窄的空间内，仍可顺利做安装，并提供高转矩输出。
步进电机基础知识
什么是步进电机？步进电机：也称脉冲电机，是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
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步进电机件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位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，从而达到调速的目的。
基本原理通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。
该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。
当定子的矢量磁场旋转一个角度。
转子也随着该磁场转一个角度。
每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。
它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。
改变绕组通电的顺序，电机就会反转。
所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。
电机开环控制一种控制电机、不使用反馈回路、就能进行速度控制及定位控制，即所谓的电机开环控制。
步进电机开环控制原理定子一相绕组流过直流电流，最近该相的转子齿被定子相吸引，电磁转矩大于负载转矩从而使转子运动。
电机基本分类按电压种类分:AC（交流）驱动、DC（直流）驱动。
按旋转速度与电源频率关系分：同步电机、异步电机。
步进电机概要1.步进电机的地位步进电机属于：DC驱动的同步电机，但无法直接用DC或AC电源来驱动，需要配备驱动器。
2.步进电机驱动电路的功能驱动电路任务：按顺序指令切换DC电源的电流流入步进电机的各相线圈。
驱动电路将电机定子与DC电源连接在一起工作。
驱动器（驱动电路）由决定换向顺序的控制电路（或称为逻辑电路）与控制电机输出功率的换相电路（或称为功率电路（Power stage））组成。
步进电机
原理：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号
转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。 特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。
(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。
(3)改变脉冲顺序，改变方向。
优点
（1）直接实现数字控制；
（2）控制性能好； （3）无接触式； （4）抗干扰能力强； （5）误差不长期积累；
1.3.3 单步运行特性
1.单步运行时的矩角特性和稳定区 以三相单三步运行方式为例，设电机空载时，A相通电 时的矩角特性如图4中的曲线A所示，转子处于稳定平衡点 OA。如加一脉冲，A相断电，B相通电，则矩角特性变为曲 线B。 M
A
A
B
B
OB OA
A
B
θ
b
θ定区
步进电动机的步距角θ b由转子齿数、定子相数和通电 方式所决定，即
360 b mCZ k
式中m为相数。C为状态系数，采用单、双拍通电方式时 C＝2，采用单拍或双拍通电方式时C＝1。ZK为转子齿数。
若步进电动机所加的通电脉冲频率为f，则其转速为
60 f n mCZ k
1.3 静态运行特性
步进电动机不改变通电状态下的运行特性称
M B M max sin(e 120)
MB 与MA 相距120°电度角。这是一条与A相特性完全相同， 但相位上相差120°（电度角）的特性。当A、B同时通电时，合 成矩角特性应为二者之叠加，即
M AB M A M B M max sin(e 60)
可见MAB是一条幅值与单相通电时相同，相移60°电度角(θt/6) 的正弦曲线，如图3中曲线MAB所示。
1.3.4 连续运行特性
步进电机的分类;简述步进电机的工作原理
步进电机的分类;简述步进电机的工作原理一、引言步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的电动机，广泛应用于打印机、数控机床、纺织、医疗器械、精密仪器仪表等设备中。
本文将围绕步进电机的分类和工作原理展开讨论，通过深度和广度兼具的分析，帮助读者更好地理解和应用步进电机。
二、步进电机的分类1. 按照工作原理分类步进电机可以根据其工作原理分为磁性、霍尔效应和混合式步进电机。
其中，磁性步进电机主要由永磁体和电磁线圈构成，它的工作原理是利用电磁线圈中产生的磁场与永磁体磁场之间的吸引和排斥作用来实现转动。
霍尔效应步进电机则是利用霍尔元件检测转子位置而进行步进运动。
混合式步进电机则是将两种原理进行了有机结合，综合了两者的优点，具有较高的精度和扭矩。
2. 按照结构分类步进电机根据结构不同也可分为单转子步进电机和双转子步进电机。
单转子步进电机结构简单，适用于一般的定位应用；双转子步进电机通过在转子上添加转子齿和隔板，可以大大提高定位精度和抗负载能力，适用于高端控制系统。
三、步进电机的工作原理步进电机的工作原理可以简单概括为根据控制信号实现电磁线圈的通断来控制转子旋转。
具体来说，通过电流控制，电磁线圈产生的磁场与永磁体间不断吸引和排斥，从而实现转子的旋转。
步进电机的角位移是由电脉冲信号的频率和数量决定的，不同的驱动方式会影响步进电机的运动特性，通常可采用全步进、半步进和微步进等方式。
四、结论与展望通过对步进电机的分类和工作原理的深度和广度兼具的讨论，相信读者已经对步进电机有了更清晰的理解。
在今后的应用中，我们还可以深入研究步进电机的控制技术、驱动方式以及在不同领域的应用案例，以期更好地发挥步进电机的优势作用。
步进电机作为一种精密定位设备，必将在工业自动化领域发挥越来越重要的作用。
个人观点和理解：在我看来，步进电机作为一种精密定位设备，在工业生产和日常生活中扮演着非常重要的角色。
其高精度、高可靠性的特点使其在自动控制系统中得到广泛应用。
步进电机是什么意思
用串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。串联 接法一般在电机转速较的场合使用，此时需要的驱动器 输出电流为电机相电流的0.7倍，因而
电机发热小；并联接法一般在电机转速较高的场合使用 （又称高速接法），所需要的驱动器输出电流为电机相 电流的1.4倍，因而电机发热较大。
混合式步进电机驱动器的脱机信号FREE一般在什么情况 下使用?当脱机信号FREE为低电平时，驱动器输出到电机 的电流被切断，电机转子处于
有DETENT TORQUE。步进电机精度为多少？是否累积?一 般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。步进电 机的外表温度允许达
到多少?步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁， 从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最 高温度应取决于不同电机磁性材料的
退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以 上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温 度在摄氏80-90度完全正常
电流一般根据驱动器的输出相电流I来确定。如果采用线 性电源，电源电流一般可取I 的1.1～1.3倍；如果采用开 关电源，电源电流一般可取
I 的1.5～2.0倍。
3
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自由状态（脱机状态）。在有些自动化设备中，如果在 驱动器不断电的情况下要求直接转动电机轴（手动方 式），就可以将FREE信号置低，使电机
脱机，进行手动操作或调节。手动完成后，再将FREE信 号置高，以继续自动控制。 如果用简单的方法调整两相
步进电机通电后的转动方向?只需
将电机与驱动器接线的A+和A-（或者B+和B-）对调即可。 关于驱动器的细分原理及一些相关说明（转载） 在国外，
附带功能。比如对于步进角为1.8° 的两相混合式步进电 机，如果细分驱动器的细分数设置为4，那么电机的运转 分辨率为每个脉冲0.45°，
步进电机和直流无刷电机内部结构
步进电机和直流无刷电机内部结构
步进电机和直流无刷电机是常见的两种电机类型，它们在内部结构上有一些区别。
1. 步进电机的内部结构：
步进电机由定子、转子、磁路和绕组等组成。
定子通常是由磁铁或电磁铁制成，用于产生磁场。
转子通常是由带有磁性材料的齿轮或磁铁制成，围绕着定子旋转。
步进电机中的绕组被连到外部的电源，从而使电机产生磁场并实现旋转。
步进电机的转子以步进的方式运动，每次接收一个控制信号就会迈进一个固定的角度。
2. 直流无刷电机的内部结构：
直流无刷电机由永磁体、定子、转子和电子元件等组成。
永磁体通常由强磁性材料制成，用于产生磁场。
定子是包含绕组的部分，它的绕组被连接到外部电源，使电机产生磁场。
转子通常由带有磁性材料的永磁体制成，并通过与定子磁场的相互作用来旋转。
直流无刷电机的电子元件负责控制定子绕组的电流，以实现转子的旋转控制。
总的来说，步进电机是一种根据控制信号进行精确步进运动的电机，而直流无刷电机则通过电子元件控制定子电流，实现平滑的旋转运动。
这两种电机在不同的应用场景中有着各自的优势和特点。
步进电机结构
步进电机的控制方式
01
控制方式是指如何控制步进电机的转 动角度和速度。
02
常见的控制方式包括：脉冲控制、方 向控制和速度控制。脉冲控制是指通 过输入不同数量和频率的脉冲信号来 控制电机的转动角度和速度；方向控 制是指通过改变输入脉冲的顺序来控 制电机的转动方向；速度控制则是指 通过改变输入脉冲的频率来控制电机 的转速。
步进电机的步进模式
步进模式是指步进电机在接收到一个脉冲信号时转动的角度或转过的步 数。
步进电机通常有三种步进模式：单拍制、双拍制和混合拍制。单拍制是 指每次只激发一个磁极，双拍制是指每次同时激发两个磁极，而混合拍
制则介于两者之间。
不同的步进模式适用于不同的应用场景，如单拍制适用于高精度定位， 双拍制适用于快速转动，混合拍制则适用于对速度和精度都有要求的场 合。
电机在动态条件下的效率表现，反映了电机 的能量转换效率。
共振频率
电机自身的固有频率，决定了电机对高频激 励的响应特性。
矩频特性
矩频曲线
描述电机输出转矩与转速之间 关系的曲线，反映了电机的输
出特性。
最高转速
电机在一定转矩下的最大转速 ，决定了电机的最高工作速度 。
转速范围
电机能够稳定工作的转速范围 ，反映了电机的适用范围。
步进电机的控制需要配合驱动器使用，相 对于其他电机来说控制复杂度较高。
06
步进电机的发展趋势和未 来展望
技术发展趋势
01
高精度控制
随着工业自动化和智能制造的快速发展，对步进电机的控制精度要求越
来越高。未来，步进电机将采用更先进的控制算法和驱动技术，实现更
精确的位置和速度控制。
02
高效能化
提高步进电机的效率和性能是未来的重要发展方向。通过改进电机材料、
步进电机速度计算公式
步进电机速度计算公式好的，以下是为您生成的关于“步进电机速度计算公式”的文章：咱先来说说啥是步进电机哈。
想象一下，你有一个小小的机器人朋友，它的动作可精准啦，能一步一步稳稳地走，这就得归功于步进电机。
那这步进电机的速度咋算呢？其实啊，就像咱们走路，速度取决于咱们迈步子的频率和步子的大小。
对于步进电机来说，速度的计算也有它的门道。
通常来讲，步进电机的速度计算公式是：速度 = 脉冲频率 ×步距角× 60 ÷ 360 。
这里面的“脉冲频率”就好比是咱们走路时的心跳节奏，节奏快，电机转得就快；“步距角”呢，就像是咱们每一步跨出去的距离，步距角越大，每一步走得越远，速度也就越快。
给您说个我之前碰到的事儿。
有一次，我在学校的实验室里和几个小伙伴一起搞一个小发明，需要用到步进电机来控制一个小装置的运动速度。
一开始，我们啥也不懂，按照书上的公式算来算去，可电机转起来就是不对劲，不是太快就是太慢。
我们那叫一个着急啊！后来仔细一琢磨，发现是我们在测量脉冲频率的时候出了差错，把单位给弄混了。
重新认真测量、计算之后，电机终于按照我们想要的速度转起来啦！那一刻，大家都兴奋得不行，那种成就感简直爆棚。
所以说啊，搞清楚这个速度计算公式可太重要了。
比如说，在一些自动化生产线上，要是步进电机的速度没算对，那产品的生产效率可就大打折扣了。
又或者在一些精密仪器里，速度不对，那测量结果可能就差之千里。
再举个例子，像打印机里也有步进电机。
要是速度没控制好，打印出来的字要么糊成一团，要么歪歪扭扭的。
总之，步进电机速度的计算虽然看起来是个小小的公式，但在实际应用中可有着大大的作用。
咱们可得认真对待，不能马虎，要不然就会像我和小伙伴们一开始那样，走不少弯路。
希望您以后在碰到步进电机速度计算的时候，能一下子就把它搞定，让电机乖乖地按照您的想法转起来！。
步进电机(步进电机的工作原理)课件
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步进电机(步进电机的工作 原理)课件
目 录
• 步进电机简介 • 步进电机的工作原理 • 步进电机的驱动电路 • 步进电机的性能参数 • 步进电机的发展趋势与未来展望 • 案例分析
01
步进电机简介
步进电机的定义
步进电机是一种将电脉冲信号转换成 角位移或线位移的开环控制电机。
步进电机通过不断接收电脉冲信号来 连续转动，从而实现精确的定位和速 度控制。
脉冲信号
驱动器接收脉冲信号后，根据脉 冲信号的频率和相位控制步进电
机的转动速度和方向。
电流控制
驱动器通过控制电流的大小和方 向，实现步进电机的转动。
驱动电路的优化设计
减小体积
优化电路板布局和元件 选择，减小驱动电路的 体积，方便安装和使用
。
提高效率
优化电源设计和元件选 择，提高驱动电路的效
率，减少能源浪费。
速度测试
通过转速计测量步进电机在动态条件 下的转速表现。
响应时间测试
通过计时器测量步进电机从静止到设 定转速以及从设定转速到静止所需的 时间。
效率测试
通过测量步进电机在额定负载下的输 入功率和输出功率，计算其效率表现 。
05
步进电机的发展趋势 与未来展望
步进电机的发展趋势
小型化与集成化
随着技术的进步，步进电机正朝着更小尺寸和更高集成度 的方向发展。这使得步进电机在许多应用中成为更优选择 ，特别是在空间受限的场景中。
用于工件的精确加工和定位。
机器人
用于机器人的关节驱动和定位 。
自动化生产线
用于自动化设备的驱动和控制 。
医疗器械
用于医疗设备的驱动和控制， 如CT机、核磁共振仪等。
步进电机
主要缺点：效率较低，需配适当的驱动电源， 主要缺点：效率较低，需配适当的驱动电源，
带惯性负载的能力不强。 带惯性负载的能力不强。
种类： 种类： 磁阻式(反应式) 励 磁 方 式 永磁式 混合式
转子有多相磁极，而转子用软磁材料制成,三相 转子用永磁材料制成，这样可提高电机 的输出转矩，减少定子绕组的电流。两 相 两相、三相和五相
1 结构
步进电机主要由两部分构成：定子和转子。 步进电机主要由两部分构成：定子和转子。它们均 由磁性材料构成，其上分别有六个、 由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。 定子绕组
反应式步进电机的定子上有 磁极， 磁极，每个磁极上有激磁绕 转子无绕组， 定子组，转子无绕组，有周向均 布的齿， 布的齿，依靠磁极对齿的吸 合工作。 合工作。如图所示为三相步 进电机，定子上有三对磁极， 进电机，定子上有三对磁极， 分成A、 、 三相 三相。 分成 、B、C三相。为简 化分析，假设转子只有4个 化分析，假设转子只有 个 齿。
以上三种工作方式， 以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。
2 步进电机的主要特性 2.1 步距角及其精度 指每给一个脉冲信号，电动机转子应转过角度的 理论值。它取决于电机结构和控制方式。步距角 可按下式计算：
根据结构分类 步进电机可制成轴向单段式和多段式。多段式又 称为轴向分相式，定子每相是一个独立的段，各 段只有一个绕组，结构完全相同，
1－ 线圈
2－ 定子
3－转子
三段式（三定子）轴向分相步进电机 三段式（三定子）
旋转励磁型5相步进电机 减速－制动复合型5相步进电机
步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电机驱动 步进电机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（ ）。控制器 脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量， 控制器（ 器）。控制器（脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的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， 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，从而达到调 速的目的。 速的目的。
什么是步进电机？
什么是步进电机？一、步进电机的基本原理步进电机是一种能够精确控制位置和运动的电机，它的工作原理和普通的直流电机有所不同。
普通的直流电机通过通电使得电流在绕组中流动，形成电磁力以产生转矩，从而驱动电机旋转。
而步进电机则是通过不断改变绕组中的电流方向，从而产生磁场的位置变化，实现精确的步进运动和位置控制。
步进电机中最关键的两部分是定子和转子。
定子是一个由绕组组成的磁铁，通常为两极或四极的磁石，而转子则是由磁铁组成的一个或多个磁极，通常为一圆柱形的部件。
二、步进电机的工作模式步进电机有两种常见的工作模式，即全步进和半步进。
1. 全步进模式：在全步进模式下，步进电机会按照固定的角度（通常为1.8°或0.9°）一步一步地转动。
这种模式下，电机的每个脉冲信号都会让电机转动一小步，从而实现位置的精确调整和控制。
2. 半步进模式：在半步进模式下，步进电机可以实现更精确的位置调整，每个脉冲信号可以让电机转动半个步距（通常为0.9°或0.45°）。
通过在全步进模式下的每个步距之间插入一个半步距，电机可以实现更加平滑和精确的运动。
三、步进电机的特点和应用场景步进电机具有以下几个特点，使得它在很多场景下得到广泛应用：1. 高精度：步进电机可以控制位置和转向，精度通常在几个角度或更小。
这使得它在需要精确定位和控制的场景下得到广泛应用，如机器人、三维打印机等。
2. 高效能：步进电机在工作过程中没有摩擦和机械损耗，因此效率较高。
它可以在低速和高负载条件下工作，而且能提供一定的持续转矩。
3. 简单控制：步进电机的控制电路相对较为简单，只需一个控制器和几个驱动器即可实现精确的位置和速度调整。
4. 广泛应用：步进电机广泛应用于各个领域，如电子设备、汽车制造、医疗设备等。
特别是在需要实现精确运动控制的场景下，步进电机更是不可或缺的一种电机。
综上所述，步进电机是一种能够精确控制位置和运动的电机，它通过改变绕组中的电流方向来实现位置的精确调整和控制。
步进电机介绍
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第十二页，共52页。
4.步进电机
每秒钟输入f 脉冲(màichōng)，则转过 f/ZrN 转，故电机转速为：
n 60 f rpm ZrN
4. 小步(xiǎo bù)距角磁阻式步 进电机 转子上有t 均3匀460分0布9的40个齿.
s3 ZrN 6 043 03 61 03
4.步进电机
2. 三相双三拍运行方式 按AB-BC-CA-AB或相反的顺序通电，每次同
时(tóngshí)给两相绕组通电，且三次换接为一个循 环。步距角与三相单三拍运行方式的步距角相同。
AB相导通
BC相导通
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第十页，共52页。
4.步进电机
3. 三相单、双六拍运行方式 按A-AB-B-BC-C-CA或相反(xiāngfǎn)顺序通电，即需 要六拍才完成一个循环，s因此6t 步9距60角为15：
低频共振现象
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第二十八页，共52页。
4.步进电机
➢脉冲频率很高时的连续运行 ➢ 当控制脉冲的频率很高时，脉 冲间隔的时间很短，电机转子尚未到 达第一次振荡的幅值，甚至还没有到 达新的稳定平衡位置，下一个脉冲就 到来。此时电机的运行已由步进变成 了连续平滑的转动(zhuàn dòng)， 转速也比较稳定。 ➢ 当频率太高时，也会产生失步， 甚至还会产生高频振荡。
➢ 一、反应式步进电动机的结构(jiégòu) ➢ 单段式
➢ 多段式
➢ a)径向磁路 ➢ b)轴向磁路
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第四页，共52页。
4.步进电机
径向磁路(cílù) 1—线圈；2—定子；3—转子
轴向磁路(cílù) 1—线圈；2—定子；3—磁轭
步进电机知识详解
步进电机知识详解，再不怕看不懂步进电机了！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控制系统中。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
作为电力人对步进电机的也不能仅限于认识而已，应该深入了解它的结构、基本原理以及应用，接下来小七将从三个方面带大家全面认识步进电机。
01什么是步进电机步进电机是一种直接将电脉冲转化为机械运动的机电装置，通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制。
在不借助带位置感应的闭环反馈控制系统的情况下、使用步进电机与其配套的驱动器共同组成的控制简便、低成本的开环控制系统，就可以实现精确的位置和速度控制。
02基本结构和工作原理基本结构：工作原理：步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过其内部的逻辑电路，控制步进电机的绕组以一定的时序正向或反向通电，使得电机正向/反向旋转，或者锁定。
以1.8度两相步进电机为例：当两相绕组都通电励磁时，电机输出轴将静止并锁定位置。
在额定电流下使电机保持锁定的最大力矩为保持力矩。
如果其中一相绕组的电流发生了变向，则电机将顺着一个既定方向旋转一步（1.8度）。
同理，如果是另外一项绕组的电流发生了变向，则电机将顺着与前者相反的方向旋转一步（1.8度）。
当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时，则电机会顺着既定的方向实现连续旋转步进，运行精度非常高。
对于1.8度两相步进电机旋转一周需200步。
两相步进电机有两种绕组形式：双极性和单极性。
双极性电机每相上只有一个绕组线圈，电机连续旋转时电流要在同一线圈内依次变向励磁，驱动电路设计上需要八个电子开关进行顺序切换。
单极性电机每相上有两个极性相反的绕组线圈，电机连续旋转时只要交替对同一相上的两个绕组线圈进行通电励磁。
驱动电路设计上只需要四个电子开关。
在双极性驱动模式下，因为每相的绕组线圈为100%励磁，所以双极性驱动模式下电机的输出力矩比单极性驱动模式下提高了约40%。
第五章 步进电机
过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在
空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。
单三拍工作方式特点
三相绕组中每次只有一相通电、一个循环 周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。 （1）一个电脉冲，转子转过 30
到左图所示位置：1、3齿与A、
A′极对齐。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4
齿和B、B´ 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子 再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。
这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为 一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲， 所以称为三相单三拍工作方式。
• 步距角却因拍数增加1倍而减小到齿距
角的1/6， 即S= 15°。
各种工作方式特点归纳
（1）拍数为N，相数为m 时
若单拍运行，则拍数N=m； 若单双拍运行，则N=2m。 （2）经过一个通电循环，转子转过1个齿。
电机转速（）：
n 60 f Zr N
从以上对步进电机三种驱动方式的分析可 得步距角计算公式：
θ = ±π 这个位置是不稳定的，两个不稳定点之间的区域构 成静态稳定区。
电磁转矩的最大值称为最大静态转矩Tmax，它表示了步进电动 机承受负载的能力，是步进电动机最主要的性能指标之一。
1) 矩角特性 • 静止时若有外部转矩作用于转轴上，迫使转
子离开初始平衡位置而偏转，转子偏离初始 平衡位置的电角度称为失调角θ • 转子会产生反应转矩，也称静态转矩
步进电机基础知识：类型、 用途和工作原理
步进电机基础知识：类型、用途和工作原理本文将为您介绍步进电机的基础知识，包括其工作原理、构造、控制方法、用途、类型及其优缺点。
1)步进电机：步进电机是一种通过步进（即以固定的角度移动）方式使轴旋转的电机。
其内部构造使它无需传感器，通过简单的步数计算即可获知轴的确切角位置。
这种特性使它适用于多种应用。
2)步进电机工作原理:与所有电机一样，步进电机也包括固定部分（定子）和活动部分（转子）。
定子上有缠绕了线圈的齿轮状突起，而转子为永磁体或可变磁阻铁芯。
稍后我们将更深入地介绍不同的转子结构。
图1显示的电机截面图，其转子为可变磁阻铁芯。
图1:步进电机截面图步进电机的基本工作原理为：给一个或多个定子相位通电，线圈中通过的电流会产生磁场，而转子会与该磁场对齐；依次给不同的相位施加电压，转子将旋转特定的角度并最终到达需要的位置。
图2显示了其工作原理。
首先，线圈A通电并产生磁场，转子与该磁场对齐；线圈B通电后，转子顺时针旋转60°以与新的磁场对齐；线圈C通电后也会出现同样的情况。
下图中定子小齿的颜色指示出定子绕组产生的磁场方向。
图2:步进电机的步进3)步进电机的类型与构造步进电机的性能（无论是分辨率/步距、速度还是扭矩）都受构造细节的影响，同时，这些细节也可能会影响电机的控制方式。
实际上，并非所有步进电机都具有相同的内部结构（或构造），因为不同电机的转子和定子配置都不同。
3.1转子步进电机基本上有三种类型的转子：永磁转子：转子为永磁体，与定子电路产生的磁场对齐。
这种转子可以保证良好的扭矩，并具有制动扭矩。
这意味着，无论线圈是否通电，电机都能抵抗（即使不是很强烈）位置的变化。
但与其他转子类型相比，其缺点是速度和分辨率都较低。
图3显示了永磁步进电机的截面图。
图3:永磁步进电机可变磁阻转子：转子由铁芯制成，其形状特殊，可以与磁场对齐（请参见图1和图2）。
这种转子更容易实现高速度和高分辨率，但它产生的扭矩通常较低，并且没有制动扭矩。
步进电机的主要参数
认识步进电机
二 • 步进电机的结构
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转 轴 成 平 行 方 向 的 断 面 图
认识步进电机
二 • 步进电机的结构
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步进电机主要由两个部分构成：定 子和转子。它们均由磁性材料构成， 定子有六个绕组，转子有四个磁极。 步进电机的基本结构
认识步进电机
三 • 步进电机的种类
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如图按种类划分有2相步进 电机、4相步进电机和5相 步进电机
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认识步进电机
二 • 步进电机的结构
步进电动机的机座号：主要有35、39、42、57、86、110等。
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步进电动机构造：由转子， 定子，前后端盖等组成。 最典型两相混合式步进电 机的定子有8个大齿，40个小齿， 转子有50个小齿；三相电机的 定子有9个大齿，45个小齿，转 子有50个小齿。
电动机构造图
认识步进电机
四
• 步进电机的齿间距
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认识步进电机
五 • 步进电机的主要参数
步进电动机主要参数
①步进电机的相数：是指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拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，用m表示，或指电 机转过一个齿距角所需脉冲数。 ③保持转矩：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。 ④步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。 ⑤定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩。 ⑥失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。
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⑦失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失 调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。
⑧运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲 线。
步进电动机
Tf
L R'
频率越高，绕组中的平均电 流越小，电机所产生的平均 转矩大大下降，负载能力也 就大大下降了。
附加旋转电势的影响
电机铁心中的涡流损耗
二、静稳定区和动稳定区
通电时，转子每旋转一步最后停留的位置必须在动稳定区 内，即：静、动稳定区必须有所重叠，且从稳定性的角度来看，
重叠区间越大越好，这样，下一步就可继续沿着原来的旋转方
定子
转子
转子 θe
e
2
T正最大
静态转矩
定子
e
2
T负最大
定子
T
T
转子 θe θe
转子
矩角特性
步进电机产生的静态转矩T随失调角θe的变化规律
近似
T f e T j max sin e
Tjmax 稳定平衡点 /2
/2 静稳定区
θ
e
步进电动机的工作过程就是实现失调角为零的过程。
11.5 步进电动机的连续脉冲运行和动特性
连续转动状态 随着脉冲频率 f 的增高，电机转子还未稳定下来时，下一个 脉冲已经到来。 工业应用对步进电机的要求 不丢步/不越步 转子运动平稳 快速性
一、运行矩频特性 步进电机连续转动时的最大输出转矩T与驱动电源脉冲频率f间的关系
定子绕组电感的影响
L Tr R
11.4 步进电动机的单步运行状态
单步运行状态
仅改变一次通电状态或输入脉冲频率非常低
空载
加载
a
Tq
极限负载 or 极限启动转矩 电机以一定通电方式运行时，相邻矩角特性的交点所对应的转矩
3 Tq T j max 2
A
AB
B
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。
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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步进电机件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位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，从而达到调速的目的。
目录工作原理分类永磁式步进电机反应式步进电机混合式步进电机变频器对步进电机的节能改造基本原理反应式步进电机感应子式步进电机步进电机的一些基本参数电机固有步距角步进电机的相数保持转矩（HOLDING TORQUE）步进电机特点步进电机小知识什么是步进电机步进电机分哪几种什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）什么是DETENT TORQUE步进电机精度为多少？是否累积步进电机的外表温度允许达到多少为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降为什么步进电机高于一定速度就无法启动如何克服两相混合式步进电机的振动和噪声细分驱动器的细分数是否能代表精度串联接法和并联接法有什么区别如何确定步进电机驱动器的直流供电电源混合式步进电机驱动器的脱机信号FREE使用如何调整两相步进电机通电转动方向步进电机的主要特性步进电机控制例子步进电机优缺点优点缺点步进电机驱动方法1、单电压功率驱动接口?2、双电压功率驱动接口?3、高低压功率驱动接口?4、斩波恒流功率驱动接口?5、升频升压功率驱动接口?6、集成功率驱动接口?步进电机驱动器的特点?步进电机驱动要求最新技术发展工作原理步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
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控制系统中。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
分类现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。
永磁式步进电机永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；永磁式步进电动机输出力矩大，动态性能好，但步距角大。
反应式步进电机反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。
反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。
反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。
混合式步进电机混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。
它有时也称作永磁感应子式步进电动机。
它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。
这种步进电机的应用最为广泛。
变频器对步进电机的节能改造三相步进电机专用变频器特点：■低频转矩输出180% ，低频运行特性良好■输出频率最大600Hz，可控制高速电机■全方位的侦测保护功能(过压、欠压、过载)瞬间停电再起动■加速、减速、动转中失速防止等保护功能■电机动态参数自动识别功能，保证系统的稳定性和精确性■高速停机时响应快■丰富灵活的输入、输出接口和控制方式，通用性强■采用SMT全贴装生产及三防漆处理工艺，产品稳定度高■全系列采用最新西门子IGBT功率器件，确保品质的高质量基本原理通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。
该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。
当定子的矢量磁场旋转一个角度。
转子也随着该磁场转一个角度。
每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。
它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。
改变绕组通电的顺序，电机就会反转。
所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。
反应式步进电机由于反应式步进电机工作原理比较简单。
下面先叙述三相反应式步进电机原理。
1、结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。
0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：2、旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。
如B相通电，A，C 相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。
如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。
如A相通电，B，C 相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。
如按A，C，B，A……通电，电机就反转。
由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。
而方向由导电顺序决定。
不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。
往往采用A-AB-B-BC －C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为1/6て。
甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。
不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。
并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是旋转的物理条件。
只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。
3、力矩：电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力 F与（dФ/dθ）成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br 成正比 L为铁芯有效长度，D为转子直径Br=N·I/R N·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。
力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态）因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然感应子式步进电机1、特点：感应子式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。
因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。
感应子式某种程度上可以看作是低速同步的电机。
一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。
（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。
例如：四相，八相运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C=,D=. 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。
2、分类感应子式电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。
以机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG 为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准），而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。
3、步进电机的静态指标术语相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。
常用m表示。
拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。
θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。
四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。
定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。
此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。
虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。
4、动态指标及术语：（1）、步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。
用百分比表示：误差/步距角*100%。
不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。
（2）、失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。
称之为失步。
（3）、失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。
（4）、最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。
（5）、最大空载的运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。
（6）、运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。
如下图所示：其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。
电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。
如下图所示：其中，曲线3电流最大、或电压最高;曲线1电流最小、或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。
要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。