步进电机教材
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步进电动机ppt课件
T=-Csinθ
式中C为常数，与控制绕组、控制电流、磁阻等有关。步进电机某 相绕组通电时矩角特性如图所示。
矩角特性上静转矩的最大值Tsm称为最大静转矩。
7
2、多相通电时 a) 三相步进电动机 A→AB→B→BC→C→CA→A顺序通电
TA=Tmaxsinθse TB=Tmaxsin(θse-120°)
TAB= TA+ TB= 2Tmaxcos60°=Tmax
8
b)五相步进电动机 1、供电方式； （C=1）：五相单五拍 A→B→C→D→E→A
五相双五拍 AB→BC→CD→DE→EA→AB 五相三五拍 ABC→BCD→CDE→DEA→EAB→ABC (C=2): 五相单双十拍 A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA→A 五相三双十拍 AB→ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB
二、步进运行状态（单脉冲运行状态） 当接入控制绕组的脉冲频率较低，电机转子完成一步之后，下 一个脉冲才到来，电机呈现出一转一停的状态，故称之为步进 运行状态。 1、步进运行状态过程负载 TL=0（即空载）
12
A相通电时，-π<θ<π为静稳定区，当A相绕组断电转到B相绕组通电 时，新的稳定平衡点为b，对应于它的静稳定区为-π+θb<θ<π+θb （图中θb=2/3π）,在换接的瞬间，转子的位置只要停留在此区域内， 就能趋向新的稳定平衡点b，所以区域（-π+θb，π+θb）称为动稳定 区，显而易见，相数增加或极数增加，步距角愈小，动稳定区愈接 近静稳定区,即静、动稳定区重叠愈多，步进电机的稳定性愈好。
A相通电时，有
Ua
ra ia
d(Laia ) dt
式中C为常数，与控制绕组、控制电流、磁阻等有关。步进电机某 相绕组通电时矩角特性如图所示。
矩角特性上静转矩的最大值Tsm称为最大静转矩。
7
2、多相通电时 a) 三相步进电动机 A→AB→B→BC→C→CA→A顺序通电
TA=Tmaxsinθse TB=Tmaxsin(θse-120°)
TAB= TA+ TB= 2Tmaxcos60°=Tmax
8
b)五相步进电动机 1、供电方式； （C=1）：五相单五拍 A→B→C→D→E→A
五相双五拍 AB→BC→CD→DE→EA→AB 五相三五拍 ABC→BCD→CDE→DEA→EAB→ABC (C=2): 五相单双十拍 A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA→A 五相三双十拍 AB→ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB
二、步进运行状态（单脉冲运行状态） 当接入控制绕组的脉冲频率较低，电机转子完成一步之后，下 一个脉冲才到来，电机呈现出一转一停的状态，故称之为步进 运行状态。 1、步进运行状态过程负载 TL=0（即空载）
12
A相通电时，-π<θ<π为静稳定区，当A相绕组断电转到B相绕组通电 时，新的稳定平衡点为b，对应于它的静稳定区为-π+θb<θ<π+θb （图中θb=2/3π）,在换接的瞬间，转子的位置只要停留在此区域内， 就能趋向新的稳定平衡点b，所以区域（-π+θb，π+θb）称为动稳定 区，显而易见，相数增加或极数增加，步距角愈小，动稳定区愈接 近静稳定区,即静、动稳定区重叠愈多，步进电机的稳定性愈好。
A相通电时，有
Ua
ra ia
d(Laia ) dt
步进电机及其工作原理1ppt课件
360°
θb = m* Z*C
式中：m －定子相数
2
A A
1
4
2
Z － 转子齿数
3
C －通电方式
A
C = 1 单相轮流通电、双相轮流通电方式
C = 2 单、双相轮流通电方式
制作：张津
常用步进电机的步距角 常用步进电机的定子绕组多数是三相和五相, 与此相匹配
的转子齿数分别为40齿和48齿，即有 三相步进电机：
1. 脉冲混合电路 将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合
为正向或负向脉冲进给信号 2. 加减脉冲分配电路
将同时存在正向或负向脉冲合成为单一方向的进给脉冲
制作：张津
步进电机的驱动控制
3. 加减速电路 将单一方向的进给脉冲调整为符合步进电机加减速特性
的脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时间常数。 4. 环形分配器
单双相轮流通电（M相2M拍） 顺时针轮回 A→AB→B→BC→C→CA→A 逆时针轮回 A→AC→C→CB→B→BA→A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→B→C→A
转子旋转方向： 顺时针
步距角：
θb = 60°
A
A
1
B
1 2
2
B
A
A
C
B
1 2
1 2
C A 60°
2 B
A
A
C
B
60° 1 2
1 2
60°
B
C
B
A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→AB→B→BC→C→CA→A
θb = m* Z*C
式中：m －定子相数
2
A A
1
4
2
Z － 转子齿数
3
C －通电方式
A
C = 1 单相轮流通电、双相轮流通电方式
C = 2 单、双相轮流通电方式
制作：张津
常用步进电机的步距角 常用步进电机的定子绕组多数是三相和五相, 与此相匹配
的转子齿数分别为40齿和48齿，即有 三相步进电机：
1. 脉冲混合电路 将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合
为正向或负向脉冲进给信号 2. 加减脉冲分配电路
将同时存在正向或负向脉冲合成为单一方向的进给脉冲
制作：张津
步进电机的驱动控制
3. 加减速电路 将单一方向的进给脉冲调整为符合步进电机加减速特性
的脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时间常数。 4. 环形分配器
单双相轮流通电（M相2M拍） 顺时针轮回 A→AB→B→BC→C→CA→A 逆时针轮回 A→AC→C→CB→B→BA→A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→B→C→A
转子旋转方向： 顺时针
步距角：
θb = 60°
A
A
1
B
1 2
2
B
A
A
C
B
1 2
1 2
C A 60°
2 B
A
A
C
B
60° 1 2
1 2
60°
B
C
B
A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→AB→B→BC→C→CA→A
第30课--步进电机学习ppt课件
正转〔反转〕时，（反向〕依次输出 表中各单元内容，输出状态是表底 〔表首〕状态时，修改索引值使下 一次输出重新为表首〔表底〕形状。
表13.2 环形分配表
存储单元地址 K+0 K+1 K+2 K+3 K+4 K+5
单元内容 01H(0001) 03H(0011) 02H(0010) 06H(0110) 04H(0100) 05H(0101)
在工作过程中，尽量避免由负载突变而引起的误 差。
在工作中若发生失步现象，先检查负载〔是否过 大）、电源电压〔是否正常），再检查驱动电 源输出波形〔是否正常），不应随意变换元件。
作业： P:361 13.6，13.10～11
转过的角度，一般会跟上来，严重（ ） 时会启动f 不起来。 在运转时，因惯性作用，经过几次振荡后才停 下来，严重时会引起失步。
措施：采用阻尼方法，消除或减弱步进电机的 振荡。
13.4.2 主要性能指标和注意事项
主要性能指标 1) 步距角 ——步进电动机的主要性能指标之一， 它直接影响启动和运行频率。
齿的位置刚好错开 /m
（ —齿距，m—相数）。
3. 公式： l 齿距
360 Z
（Z—转子齿数）
l 步距角
拍数
360 ZKm
＝2）
（K—状态系数，三拍时，K=1；六拍时，K
360 3
340
例如：Z＝40，三相单三拍运行，那么
由此可见，转 子 齿数Z↑（或定子相数m↑，或运行拍 数Km↑），那么 ，控制越精确。
l “稳定运行”Ts max
3. 脉冲信号频率对运行的影响
(a) 频率很低〔接近矩形波）； (b) 频率增高〔波形畸变）； (c) 频率很高〔I 下降到 I/ ）。
表13.2 环形分配表
存储单元地址 K+0 K+1 K+2 K+3 K+4 K+5
单元内容 01H(0001) 03H(0011) 02H(0010) 06H(0110) 04H(0100) 05H(0101)
在工作过程中，尽量避免由负载突变而引起的误 差。
在工作中若发生失步现象，先检查负载〔是否过 大）、电源电压〔是否正常），再检查驱动电 源输出波形〔是否正常），不应随意变换元件。
作业： P:361 13.6，13.10～11
转过的角度，一般会跟上来，严重（ ） 时会启动f 不起来。 在运转时，因惯性作用，经过几次振荡后才停 下来，严重时会引起失步。
措施：采用阻尼方法，消除或减弱步进电机的 振荡。
13.4.2 主要性能指标和注意事项
主要性能指标 1) 步距角 ——步进电动机的主要性能指标之一， 它直接影响启动和运行频率。
齿的位置刚好错开 /m
（ —齿距，m—相数）。
3. 公式： l 齿距
360 Z
（Z—转子齿数）
l 步距角
拍数
360 ZKm
＝2）
（K—状态系数，三拍时，K=1；六拍时，K
360 3
340
例如：Z＝40，三相单三拍运行，那么
由此可见，转 子 齿数Z↑（或定子相数m↑，或运行拍 数Km↑），那么 ，控制越精确。
l “稳定运行”Ts max
3. 脉冲信号频率对运行的影响
(a) 频率很低〔接近矩形波）； (b) 频率增高〔波形畸变）； (c) 频率很高〔I 下降到 I/ ）。
步进电机(计算)课件
混合驱动技术在步进电机中的应用
总结词
混合驱动技术的应用将拓宽步进电机的应用 领域，满足不同场景下的需求。
详细描述
混合驱动技术结合了传统驱动方式和新型驱 动方式的优势，能够实现更高效、更稳定的 运行。例如，采用永磁同步电机和步进电机 的混合驱动方式，可以实现高速、高精度的 定位控制，满足高动态性能的应用需求。此 外，混合驱动技术还可以实现电机的可逆控 制，提高电机的能源利用效率。
加工精度高
步进电机能够实现高精度的加工， 提高数控机床的加工质量和效率。
易于编程和控制
步进电机可以通过数控系统进行编 程和控制，实现自动化加工。
步进电机在智能家居领域的应用
门窗控制
步进电机用于智能家居的门窗控 制，实现门窗的自动开关和调节。
节能环保
步进电机能够实现智能家居的节 能控制，降低能源消耗和减少环
控制参数调整
通过调整控制参数，可以 实现对步进电机运行状态 的精确控制，提高电机的 性能和响应速度。
步进电机的优化设计计算
优化设计计算
结构优化
涉及步进电机结构、材料和制造工艺的优 化设计。通过对这些方面的计算和分析， 可以提高步进电机的性能和可靠性。
通过对电机结构的分析和优化，可以减小 电机的体积、重量和制造成本，提高电机 的刚度和强度。
2023
步进电机(计算)课件
REPORTING
• 步进电机简介 • 步进电机的数学模型 • 步进电机的计算方法 • 步进电机应用案例分析 • 步进电机的发展趋势与展望
2023
PART 01
步进电机简介
REPORTING
步进电机的定义与工作原理
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的开环控制电机。
步进电机 课件资料
三 相 单 三 拍 运 行
2018年10月23日
第5页
§11.3 步进电动机
②三相六拍运行
供电方式是A→AB→B→BC→C→CA→A …… ，
共有 6 种通电状态，每一循环换接 6 次，这 6 种通电状态 中有时只有一相绕组通电(如A相)即单拍，有时有两相绕 组同时通电(如A相和B相)即双拍，故称三相单、双六拍。 图表示按这种方式对控制绕组供电时转子位置和磁通分布 的图形。
2018年10月23日
第6页
§11.3 步进电动机
三相六拍运行(1) (a) A相通电； (b) A、 B相通电；
2018年10月23日
第7页
§11.3 步进电动机
三相六拍运行(2) (c) B相通电； (d) B、C相通电
2018年10月23日
第8页
§11.3 步进电动机
③三相双三拍运行 通电方式AB→BC→CA→AB‥，转过30 °。
2018年10月23日
第2页
§11.3 步进电动机
一、工作原理和特点
1、结构 定子铁心由硅钢片叠成，
定子有8个磁极(大齿)，磁极 上有小齿。有4套定子控制绕 组，绕在径向相对的磁极上 的绕组为一相。转子由叠片 铁心构成，沿圆周有很多小 齿。定子磁极和转子上小齿 的齿距必须相等。
2018年10月23日
3°/1.5°等。增加转子齿数ZR，步距角也可减小，所以反
应式步进电动机的转子齿数一般是很多；通常反应式步进电 动机的步距角为零点几度到几度。
2018年10月23日
第14页
§11.3 步进电动机
(3) 步进电动机可按指令进行角度控制和速度控制。角度 控制---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，输出轴转动的角位移量与输入脉冲数成正 比。速度控制---送入步进电动机的是连续脉冲，各相绕组 不断地轮流通电，步进电机连续运转，它的 转速与脉冲频 率成正比 。每输入一个脉冲，转子转过的角度是整个圆周
步进电机教学课件学习课件PPT
三相单三拍的特点：
（1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为
步距角，用S表示。
（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序， 改变通电顺序即可改变转向。
2008、11、15
河海大学常州校区电机与电力拖动基础
2、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。
工作过程：
A B' 1 C'
转子
IA A
定子
IC
IB B
C
定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。
注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。 步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数 的区别。
2008、11、15
河海大学常州校区电机与电力拖动基础
工作方式
步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、 三相双三拍等。
下面以三相反应式步进电机为例说明步进电机的结 构和工作原理。
2008、11、15
河海大学常州校区电机与电力拖动基础
二、反应式步进电动机的工作原理和分类
步进电机主要由两部分构成：定子和转子，它们均由导磁 材料构成。例下图分别有六个、四个齿(极) 。
三相反应式：
定子绕组
定子
转子
2008、11、15
河海大学常州校区电机与电力拖动基础
化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻
最小，使转、定子的齿对齐停止转动。
A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。
2008、11、15
河海大学常州校区电机与电力拖动基础
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
（1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为
步距角，用S表示。
（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序， 改变通电顺序即可改变转向。
2008、11、15
河海大学常州校区电机与电力拖动基础
2、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。
工作过程：
A B' 1 C'
转子
IA A
定子
IC
IB B
C
定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。
注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。 步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数 的区别。
2008、11、15
河海大学常州校区电机与电力拖动基础
工作方式
步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、 三相双三拍等。
下面以三相反应式步进电机为例说明步进电机的结 构和工作原理。
2008、11、15
河海大学常州校区电机与电力拖动基础
二、反应式步进电动机的工作原理和分类
步进电机主要由两部分构成：定子和转子，它们均由导磁 材料构成。例下图分别有六个、四个齿(极) 。
三相反应式：
定子绕组
定子
转子
2008、11、15
河海大学常州校区电机与电力拖动基础
化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻
最小，使转、定子的齿对齐停止转动。
A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。
2008、11、15
河海大学常州校区电机与电力拖动基础
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
《步进电动机》PPT课件
2021/4/23
24
第11章 步进电动机
t
360 Zr
(式中， Zr为转子齿数)， 所以转子每步转过的空间 角度(机械角度)， 即步距角为
s
t
N
360 Zr N
(11 - 1)
式中， N为运行拍数， N=km (k=1, 2； m为相数)。
2021/4/23
25
第11章 步进电动机
为了提高工作精度， 就要求步距角很小。 由式(11 - 1)可见， 要减小步距角可以增加拍数N。 相数增加相 当于拍数增加， 但相数越多， 电源及电机的结构也越 复杂。 反应式步进电动机一般做到六相， 个别的也有 八相或更多相数。 对同一相数既可以采用单拍制， 也 可采用双拍制。 采用双拍制时步距角减小一半。 所以 一台步进电动机可有两个步距角， 如1.5°/0.75°、 1.2°/0.6°、 3°/1.5°等。
2021/4/23
8
第11章 步进电动机
当A相控制绕组通电，而B相和C相都不通电时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点， 所以转子齿1和3的轴线与定子A极轴线对齐。同理，当断开A相接通B相时，转子便按逆时针方 向转过30°，使转子齿2和4的轴线与定子B极轴线对齐。断开B相，接通C相，则转子再转过 30°，使转子齿1和3的轴线与C极轴线对齐。从而实现逆时针旋转。
θte=360° 或 θte=2π rad 相应的步距角为
be
te
N
360 N
(11 - 2)
2021/4/23
27
第11章 步进电动机
或
be
2
N
(11 - 3)
所以当拍数一定时， 不论转子齿数多少， 用电角
度表示的步距角均相同。
《步进电机》PPT课件
➢ 当U相通电，V、W相不通电，如图3.3a所示，1、3齿 与U相对齐；
➢ 当V相通电，U、W相不通电，如图3.3b所示，2、4齿 与V相对齐；
➢ 当W相通电，U、V相不通电，如图3.3c所示，1、3齿 与W相对齐；
整理ppt
8
整理ppt
9
由此可见，当通电顺序为U→V → W→U →V →…时，转子便顺时针方向一步一步地转动，通 电状态每换接一次，转子前进一步，一步对应的 角度称为步距角。
上述两种通电方式的组合。即通电方式为：U → UV → V → VW→W → WU →U →… 称为三相六拍通电，如图3.4所示。 三相六拍通电方式的步距角减小一倍。
整理ppt
13
3.1.2 小步距角步进电动机
实际的小步距角电动机如图3.5所示。它的定子内 圆和转子外圆上均有齿和槽，而且定子和转子的 齿宽和齿距相等。
第3章 步进电动机传动控制
3.1 步进电动机 3.2 步进电动机的环形分配器 3.3 步进电动机的驱动电路
整理ppt
1
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线或 角位移的执行元件。步进电动机的运动由一系列电脉 冲控制，脉冲发生器所产生的电脉冲信号，通过环形 分配器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。为了 使电动机能够输出足够的功率，经过环形分配器产生 的脉冲信号还需要进行功率放大。
整理ppt
11
（2）通电方式 双相轮流通电方式
每次有两相绕组通电，通电状态切换时，转子转动平稳， 且输出力矩较大，这种通电方式定位精度高而且不易 失步。
以三相反应式电动机为例，双相轮流通电方式为：UV → VW→WU →UV →… 称为三相双三拍通电。
整理ppt
12
（2）通电方式 单双相轮流通电方式
➢ 当V相通电，U、W相不通电，如图3.3b所示，2、4齿 与V相对齐；
➢ 当W相通电，U、V相不通电，如图3.3c所示，1、3齿 与W相对齐；
整理ppt
8
整理ppt
9
由此可见，当通电顺序为U→V → W→U →V →…时，转子便顺时针方向一步一步地转动，通 电状态每换接一次，转子前进一步，一步对应的 角度称为步距角。
上述两种通电方式的组合。即通电方式为：U → UV → V → VW→W → WU →U →… 称为三相六拍通电，如图3.4所示。 三相六拍通电方式的步距角减小一倍。
整理ppt
13
3.1.2 小步距角步进电动机
实际的小步距角电动机如图3.5所示。它的定子内 圆和转子外圆上均有齿和槽，而且定子和转子的 齿宽和齿距相等。
第3章 步进电动机传动控制
3.1 步进电动机 3.2 步进电动机的环形分配器 3.3 步进电动机的驱动电路
整理ppt
1
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线或 角位移的执行元件。步进电动机的运动由一系列电脉 冲控制，脉冲发生器所产生的电脉冲信号，通过环形 分配器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。为了 使电动机能够输出足够的功率，经过环形分配器产生 的脉冲信号还需要进行功率放大。
整理ppt
11
（2）通电方式 双相轮流通电方式
每次有两相绕组通电，通电状态切换时，转子转动平稳， 且输出力矩较大，这种通电方式定位精度高而且不易 失步。
以三相反应式电动机为例，双相轮流通电方式为：UV → VW→WU →UV →… 称为三相双三拍通电。
整理ppt
12
（2）通电方式 单双相轮流通电方式
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。
步进电机及其工作原理课件
追求更高的定位精度和速度控制精度， 以满足高精度加工和快速响应的需求。
优化电机设计，提高电机的效率和功 率密度，以降低能耗和提高工作效率。
智能化、网络化的趋势
集成传感器和控制系统，实现电机状态的实时监测和自动 调整。
通过互联网和无线网络实现远程监控和控制，提高生产效 率和设备利用率。
新材料、新工艺的应用
步进电机的效率与发热
效率（Efficiency）
步进电机在工作过程中，输出功率与输入功率的比值，反映了电机的能量利用效 率。
发热（Heat Generation）
由于线圈电阻以及铁芯的磁滞、涡流等损失，步进电机在工作过程中会产生热量， 需要采取散热措施以防止过热。
05
步机的展 与展望
高精度、高效率的追求
摄影和摄像设备
用于云台的控制和调整。
02
步机的工作理
步进电机的结构
步进电机主要由定子和转子组成。定子通常由一系列的磁极组成，而转 子则由一系列的导电材料组成，这些导电材料在磁场的作用下会产生转 矩，从而驱动转子转动。
步进电机的磁极通常有四个、六个或八个，这些磁极按照一定的顺序排 列，形成不同的磁场分布。
步机及其工作理
• 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展望
01
步介
步进电机的定义
01
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， 其转动角度或转动圈数与输入的 脉冲数呈线性关系。
02
步进电机由转子、定子和控制电 路组成，转子通常由永磁体构成， 定子则由线圈绕组构成。
03
步机的路
驱动电路的组成
电源
优化电机设计，提高电机的效率和功 率密度，以降低能耗和提高工作效率。
智能化、网络化的趋势
集成传感器和控制系统，实现电机状态的实时监测和自动 调整。
通过互联网和无线网络实现远程监控和控制，提高生产效 率和设备利用率。
新材料、新工艺的应用
步进电机的效率与发热
效率（Efficiency）
步进电机在工作过程中，输出功率与输入功率的比值，反映了电机的能量利用效 率。
发热（Heat Generation）
由于线圈电阻以及铁芯的磁滞、涡流等损失，步进电机在工作过程中会产生热量， 需要采取散热措施以防止过热。
05
步机的展 与展望
高精度、高效率的追求
摄影和摄像设备
用于云台的控制和调整。
02
步机的工作理
步进电机的结构
步进电机主要由定子和转子组成。定子通常由一系列的磁极组成，而转 子则由一系列的导电材料组成，这些导电材料在磁场的作用下会产生转 矩，从而驱动转子转动。
步进电机的磁极通常有四个、六个或八个，这些磁极按照一定的顺序排 列，形成不同的磁场分布。
步机及其工作理
• 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展望
01
步介
步进电机的定义
01
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， 其转动角度或转动圈数与输入的 脉冲数呈线性关系。
02
步进电机由转子、定子和控制电 路组成，转子通常由永磁体构成， 定子则由线圈绕组构成。
03
步机的路
驱动电路的组成
电源
步进电机培训教材
极爪 磁环 转子轴
定子线圈
通电顺序：A→AB →B →BA- →A- →A-B- →B- →BA
A 0 A
B0B
图1 结构简图
2.步进电机工作原理：
设上段两反向绕组分别为A，A-两相，其中下段两反向绕组分别为B，B-两相，当 在AO和BO两相绕组通电时，同一段内相领极片呈相反极性，转子在定子极片处 于图2（a）所示的平衡 位置。当把A，B相通电转换成AO，B-O两相通电后，这 是B段定子极片极性全部反向。转子将向左移动一步，如图2(b)所示.如果继续改 变通电状态，即由AB→AB-→A-B-→AB转子就会步进旋转，若改变通电顺序 AB→A-B→A-B-→AB则电机反向旋转。
1.3步进电机发展历史 我国步进电机的研究及制造起始于20世纪50年代后期。而进入20世纪有关步进电
动机的发明不断出现。最初美国的Andrew T MacCoy发明了电动打字机用的步进电动机 ，这是一种带逆转轮的结构的永磁步进电动机，步距角为30°这种电动机获得了1907年 美国专利。1923年苏格兰的James Weir French发明了VR三相步进电动机。
20世纪60代后期，在步进电动机本体方面随着永磁材料的发展，各种实用性步进电 动机应运而生，而半导体技术的发展则推进了步进动机在众多领域的应用。在近30年间， 步进电动机迅速地发展并成熟起来。从发展趋向来讲，步进电动机已经能和直流电动机 异步电动机，以及同步电动机并列，从而成为电动机的一种基本类型。
* 二、永磁式步进电机机构及工作原理（爪极型）
1.永磁步进电机结构： 永磁爪极步进电机的典型结构如图1所示。整个电动机定转子的轴向均分为两段，
中间由隔磁片隔开，两段互相间叉开一个步距角，每段均由定子，转子以及套在定子 的一个环形绕组所组成。每段定子内孔圆周上的极片呈爪形作环形对称排列，外面并 绕两套反向串联的环形绕组，定子两段环形磁钢同向同轴联结径向充磁。
第07章步进电动机PPT课件
-6-
(a) A、B相通电 第(b)6页B、/共C相61通页电 (c) C、A相通电
第七章 步进电动机
3. 三相六拍通电方式
15 o
15 o
A
A
A
Z
1
Y
4
2
B
3
C
Z
1
Y
2 4
B
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X
(a)
15 o
A
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CB
X
X
(b)
(c)
A
A
Z
2
Y 15o
2
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1 3
4
CB
b
1 6
t
1.2o
-9-
C
B
A
2
3t
1
3t
0
(a)
C
B
A
1
3t
0
1
3t
(b)
C
B
A
0
1
3t
2
3t
(c)
图7-7 步进电动机定、转子齿的相对位置
第9页/共61页(a) A相通电 (b) B相通电 (c) C相通电
第七章 步进电动机
三、步距角和转速的计算
若转子齿数为ZR，转子相邻两齿间的夹角，即齿距 角为
TeB
Tem
s in( e
2π ) 3
（7-8）
这样，当A、B两相同时通电时，合成的电磁转矩为
TeAB
TeA
TeB
Tem
(a) A、B相通电 第(b)6页B、/共C相61通页电 (c) C、A相通电
第七章 步进电动机
3. 三相六拍通电方式
15 o
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图7-7 步进电动机定、转子齿的相对位置
第9页/共61页(a) A相通电 (b) B相通电 (c) C相通电
第七章 步进电动机
三、步距角和转速的计算
若转子齿数为ZR，转子相邻两齿间的夹角，即齿距 角为
TeB
Tem
s in( e
2π ) 3
（7-8）
这样，当A、B两相同时通电时，合成的电磁转矩为
TeAB
TeA
TeB
Tem
《步进电机培训讲义》
第一篇 步进电机的基本知识
• • • • • 三、 步进电动机分类 1、HB型混合式步进电动机（此种为先歌生产的电机） 2、PM型永磁式步进电动机 3、VR型反应式步进电动机 其中永磁式步进电动机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 7.5度 或15度；反应式步进电动机一般为三相，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。在欧美等发达国家80年 代已被淘汰；混合式步进电动机是指混合了永磁式和反应式的优点。 从性能上看,它可以做成像反应式一样的小步距,也具有永磁式控制功 率小的优点。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。这两种混合式步进电机的应用最为广泛。
第二篇 步进电动机常遇到的一些问题及解决方法
• • • • • • • 三、电机的高频性能上不去，通过采用以下办法可以解决： 电机的高频性能上不去，通过采用以下办法可以解决： 1、减小时间常数 电流上升时驱动电路的时间常数Ta为： Ta=L/Ra L----绕组的电感； Ra----通电回路的总电阻，包括 绕组线圈电阻、限流电阻R1和晶体管结电阻。 由公式可以看出，增加电阻Ra 可以减小时间常数；但增加Ra会 使通电回路中电流值减小，所以，为了保证通电回路中电流不变， 在增加电阻Ra的同时，还要提高电源的电压。 2、改进工作方式 采用多相励磁的工作方式，例如：三相步进电动机的双三拍、 六拍方式。多相励磁工作方式使每一相通电的时间延长了，电动 机就能获得较多的能量，使高频时输出转矩增加。
第一篇 步进电机的基本知识
• （9）、惯频特性 • 在负载力矩一定时，频率和负载惯量之间的关系，称为惯频特性。 惯频特性分为起动惯频特性和运行惯频特性。 • 五、步进电动机应用 • 主要应用在如下几个方面： • 1、舞台灯光 • 2、计算机外围设备：磁盘驱动、磁头驱动、打印机、XY绘图仪 • 3、商务机器：复印机、传真机 • 4、工业计测仪器 ：记录仪 • 5、工作机械 ： 数控机床、机器人、纺织机械
《步进电机》ppt课件
第六章 步进电机驱动与控制
i1
导通时，电压平衡方程为：
U/RL
U
i1 R L
L d i1 dt
E
假 设 电 机 堵 转 ， E 0, 解 方 程 得 ：
t
i1
U RL
t
(1 e )
顺时针转，步距角0.75 º，送电方式应为：(
)
逆时针转，步距角0.75 º，送电方式应为：(
)
顺时针转，步距角1.5 º，送电方式应为：
(
)或(
)
6.1.5 步进电机的主要性能目的
思索题： 三相反响式步进电机,采用三相六拍任务方式，转 子有40个齿，脉冲频率为600Hz,求
写出一个循环的通电顺序 求步距角 求步进电机的转速rpm
abcd转子每次向顺时针方向旋转90612pm型步进电机工作原理612pm型步进电机工作原理定子磁场对转子的作用力分为?与转子轴线垂直的?与转子轴线平行的如果转子转动一圈产生的磁场力矩cos是转子轴线与定子磁场水平线的夹角用图描绘将是一条磁场力矩和转子位置的正弦曲线sin失调角电磁转矩稳定区域平衡点613转子位置与转矩的关系614电机的特点及分类特点位置误差不会积累位移与输入的脉冲数量成正比具有一定精度的开环系统具有一定的自锁功能614电机的特点及分类抗干扰能力强即在负载能力范围内转角和转速不受电压大小负载波动的影响也不受环境温度冲击振动的影响仅与频率脉若用同一频率的脉冲电源控制几台步进电机可以实现多个电机的同步思考题
6.1.6 步进电机的静态特性
6.1.6 步进电机的静态特性-------矩角特性曲线
电磁转矩
平衡点
静态矩角特性曲线
失调角
一、 稳定平衡区和稳定平衡点
稳定区域
步进电机1教材
机电一体化系统设计教案首页第次课授课时间年月日教案完成时间年月日（教案续页）基本内容辅助手段和时间分配5.1 概述，1、步进电机是一种数字电动机，它受脉冲信号控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电机。
1、它由专用电源供给电脉冲，每输入一个脉冲，步进电机就移进一步，所以称为步进电动机。
其绕组上所加的电源是脉冲电压，有时也称它为脉冲电动机。
2、步进电机受脉冲信号控制，因此它适合作为数字控制系统的伺服元件。
它的直线位移量或角位移量与电脉冲数成正比，所以电动机的直线速度或转速也与脉冲频率成正比，通过改变脉冲频率的高低就可以在很大的范围内调节电动机的转速，并能快速起动、制动和反转。
3、特点：优点：步进电动机的步距角和转速大小不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件如温度、气压、冲击和振动等影响，它仅与脉冲频率有关。
它每转一周都有固定的步数，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。
缺点：步进电动机的主要缺点是效率较低，并且需要配上适当的驱动电源。
一般来说，它带动负载惯量的能力不强。
4、在控制系统中，对步进电动机的基本要求是：在电脉冲的控制下步进电动机能迅速起动、正反转、停转及在很宽的范围内进行转速调节。
为了提高精度，一个脉冲对应的位移量要小，要准确、均匀。
这就要求步进电动机步距小、步距精度高，不得丢步或越步。
动作不仅要快速，而且能连续高速运转以高劳动生产率。
输出转矩大，可直接带动负载。
5.2 反应式步进电动机的工作原理反应式步进电动机是利用磁阻转矩使转子转动的，是我国目前使用最广泛的步进电动机型式。
反应式步进电动机不像传统交直流电动机那样依靠定、转子绕组电流所产生的磁场间的相互作用形成转矩与转速，它遵循磁通总是沿磁阻最小的路径闭合的原理，产生磁拉力形成转矩，即磁阻性质的转矩。
所以反应式步进电动机也称为磁阻式步进电动机。
三相反应式步进电动机的工作原理图一、工作原理图所示为一台三相反应式步进电动机的工作原理图。
《步进电机》课件
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步进电机的分类与特点
分类
根据相数可分为单相、两相、三 相和多相步进电机；根据结构可 分为反应式、永磁式和混合式步 进电机。
特点
步进电机具有较高的控制精度、 响应速度快、运行平稳、低噪音 等优点，广泛应用于各种自动化 设备和控制系统。
步进电机的发展历程与趋势
发展历程
步进电机最初由美国在上世纪初发明，经过近百年的发展，技术不断进步，性 能不断提升。
检查机械部分
检查电机机械部分是否有卡滞、松 动等现象，确保机械部分正常运行 。
步进电机的寿命与可靠性
正确使用
按照电机使用说明书正确 使用，避免超载、过热等 现象。
定期维护
按照维护计划定期对电机 进行维护，延长电机使用 寿命。
环境因素
注意电机运行环境，避免 高温、潮湿、腐蚀等恶劣 环境对电机寿命的影响。
在自动化生产线中，步进电机通常与PLC控制系统配合使用，实现生产线的自动化 控制和监控。
步进电机在机器人领域的应用
步进电机是机器人技术中的重要 组成部分，用于驱动机器人的关
节、手臂、腿部等运动部件。
步进电机能够实现机器人的灵活 运动和精确控制，提高机器人的
运动性能和工作效率。
在机器人领域中，步进电机通常 与伺服控制系统配合使用，实现 机器人的高精度控制和稳定运行
《步进电机》课件
目录
• 步进电机简介 • 步进电机的结构与组成 • 步进电机的驱动控制 • 步进电机的应用场景与案例 • 步进电机的维护与保养
01
步进电机简介
步进电机的定义与工作原理
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。
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+
原点输出光电隔离正端
电机线圈通电位于原点置为有效（B，-A通电）；光电隔离输出（高电平）
TM
原点输出信号光电隔离负端
+端接输出信号限流电阻，TM接输出地。最大驱动电流50mA，最高电压50V。
+V
电源正极
－V
电源负极
DC24-80V
3.6 步进电机的控制指令
1. 原点回归指令 (DZRN)
指令格式 DZRN S1 S2 S3 D
DDRVI 5000 10000 Y10 Y1
3, 绝对位置指令(DDRVA)
指令格式 DDRVA S1
S2 D1 D2
指令参数说明: S1 目标的绝对位置, 范围围 -2147483648~2147483647 S2 目标频率 , 频率范围 100Hz ~ 100KHz D1 脉冲输出装置, 使用Y10和Y11 D2 方向输出装置 ,使用Y0和Y1 ,不可使用Y10及Y11 如:
1.2 步进电机的分类 步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式
（HB）。永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 7.5度 或15度；反应式步进一般为三相，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。在欧美等发达国家80年代已被 淘汰；混合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。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。
指令参数说明: S1 原点回归速度, 频率范围 100Hz~ 100KHz S2 寸动速度 , 频率范围 100Hz~ 100KHz S3 近点信号输入, 使用X10和X11 D 输出装置 ,使用Y10和Y11 如:
DZRN 7500 1000 X10 Y10
2, 相对位置指令(DDRVI)
指令格式 DDRVI S1 S2 D1 D2
PLC控制梯形图
1. M1102=ON 时表示Y10 脉冲输出结束，而 M1103=ON 时表示Y11 脉冲输出结束
2. DDRVI 与DDRVA的区别
当DDRVI 与DDRVA 指令正在运行时,成立条件 OFF,指令停止输出脉冲,但DDRVI清除S1中没有发送 完的脉冲个数, DDRVA则不清除.当条件再次右OFF 到ON时, DDRVI 重新发送S1个脉冲,DDRVA则发送 上次剩下的脉冲.
2. 步进电机的选型
步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩及电流三大要素组成. 一旦三大要素确定，步进电机的型号也就确定下来了．
1、步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量） 换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步 距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度 /0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度 （三 相电机）等。
3、电流的选择 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依 据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）
2.1 步距角的选择
要求精度为 0.1mm, 圆盘半径R为100mm
0.1/100=1000,0.1对圆盘可 近似是直线
2 * 3.14 *R
0.1
360
X
X=0.057
TL = m * R / (2 * pi * u) = 0.1 < 3.3
3. 步进电机的控制
3.1 步进电机接线示意图
3.2 驱动器接线示意图
3.3 驱动器功能设定示意图
3.4 驱动器的细分表
细分数 1
2
4
5
8 10 20 25 40 50 100 200 200 200 200 200
D0
2、静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力 矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩 擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动 时（一般为低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负 载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载 的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何 尺寸）
3.5 驱动器引脚功能说明
标记 符号 TM O.H Im
+
PU
功能
注释
工作指示灯 故障指示灯 电机线圈电流设定电位器
TM信号有效时，绿色指示灯点亮 过热保护时红色发光管点亮 调整电机相电流，逆时针减小，顺时针增大
输入信号光电隔离正端
接+5V供电电源.+5V-+24V均可驱动,高于+5V需接限流电阻
D4=OFF，PU为步进脉冲信号 D4=ON，PU为正向步进脉冲信号
下降沿有效,每当脉冲由高变低时电机走一步。输入电阻220Ω，要求：低电平0-0.5V，高电平 4-5V，脉冲宽度>2.5μs
+
输入信号光电隔离正端
接+5V供电电源.+5V-+24V均可驱动,高于+5V需接限流电阻
D4=OFF，DR为方向控制信号
DR
用于改变电机转向。输入电阻220Ω，要求：低电平0-0.5V，高电平4-5V，脉冲宽度>2.5μs
D4=ON，DR为反向步进脉冲信号
+
输入信号光电隔离正端
接+5V供电电源.+5V-+24V均可驱动,高于+5V需接限流电阻
MF
电机释放信号
有效（低电平）时关断电机线圈电流，驱动器停止工作，电机处于自由状态
内容提要
1. 步进电机的基本概念 2. 步进电机的选型 3. 步进电机的控制方式
1 步进电机的基本概念
1.1 什么是步进电机, 什么是步进电机驱动器？ 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。它的旋转
是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的 ,其特点是没有 积累误差。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转化为步进电 机的角位移, 或者说: 控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就使 步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成 正比。 控制步进脉冲信号的频率，可以控制步进电机的速度；控 制步进脉冲的个数，可以对电机精确定位目的。
1.3 什么是驱动器的细分？步距角如何计算？ 步距角表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角
度。电机出厂时给出了一个步距角的值，(BS86HB80-04,为1.8°)这 个步距角可以称之为‘电机固有步距角’，它不一定是电机实际工
作时
的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关 . 驱动器的细分数就是指电机运行时的真正步距角是固有步距角(整 步）的几分指一 ,细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流 所产生的,与电机无关.如Q2HB68MC驱动器,200细分,则真正步距角 为1.8/200=0.009度.则转一圈所需的脉冲个数为360/0.009=40000.
则步距角1.8, 50细分 1.8/50=0.036<0.057
2.2 扭距的选择
(1) 滚轴丝杆驱动
2.3扭距计算示例(TL)
2.3.1. 滚珠丝杆和减速器传动
2.3.2.圆盘扭距的计算
F R
m = p * V=p * ( Pi * R * R) * H=2.7 * (Pi * 10 *10 ) *8 = 6782.4(g) = 6.78(Kg)
DDRVA 5000 10000 Y10 Y1
指令使用说明:
1. 原点复归指令DZRN 不比较输出个数，因此使用Y10 时，则必须由近点讯号输入脚(从OFF 到ON)作为转换 条件，否则指令将不会转换至减速区段.
2. M1102=ON 时表示Y10 脉冲输出结束，M1103=ON 时表示Y11 脉冲输出结束。 3.原点复归指令DZRN 进入减速区段，并且输出频率到 达寸动速度(结束频率)时，则其停止输出动作将由近点 讯号输入脚ON 到OFF 发生时而停止输出.
ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF ON OFF
D1
ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF ON ON OFF OFF
D2
ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF
D3
ON ON ON ON ON ON ON ON OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF OFF
ON，双脉冲：PU为正向步进脉冲信号，DR为反向步进脉冲信号 D4
OFF，单脉冲：PU为步进脉冲信号，DR为方向控制信号
D5 自检测开z脉冲)
指令参数说明: S1 脉冲输出总个数, 范围围-2147483648~2147483647 S2 目标脉冲输出频率 , 频率范围 100Hz ~ 100KHz D1 脉冲输出装置, 使用Y10和Y11 D2 方向输出装置 ,使用Y10和Y11 ( 当S1为正数时D2 ON,当
S1为负数时D2为OFF.D2建议使用Y0或Y1) 如: