步进电机及其驱动讲解学习
步进电机及驱动器原理知识【知识讲解】课件
应用案例二：机器人
机器人是另一个重要的应用领域。步进电机驱动器通 常用于控制机器人的关节运动，如机械臂、腿部等部位。
在机器人中，步进电机驱动器通过控制脉冲信号的频率 和数量，可以精确控制机器人的运动速度和位置。同时， 步进电机驱动器还具有体积小、重量轻、可靠性高等优 点，因此在机器人领域得到了广泛应用。
合适的驱动器。
驱动器的应用实例
要点一
驱动器的应用实例
步进电机驱动器广泛应用于各种自动化设备中，如数控机 床、机器人、打印机等。
要点二
应用实例解析
以数控机床为例，通过使用步进电机驱动器，可以实现高 精度的加工和准确的定位控制，从而提高加工效率和产品 质量。
03
步进电机驱动器的应用领域与案例分析
应用领域
工作原理
步进电机内部通常由一组带有线圈的转子组成。当线圈接收到一个脉冲信号时，会旋转一个角度，从而带动转子 旋转相应的角度。
步进电机的特点与分类
特点
步进电机具有高精度、高分辨率、高可靠性、低噪声等优点，同时也可以适应高频率的脉冲控制。
分类
根据结构和工作原理的不同，步进电机可分为永磁式、反应式和混合式等多种类型。
设计实例与注意事项
实例1
01 某款步进电机驱动器的设计，采用ULN2003芯片，
实现电机正反转和调速功能。
注意事项1
02 在设计过程中，需要考虑输入电源的稳定性以及过流、
过压等保护措施。
注意事项2
03
在调试过程中，需要观察驱动器的输出波形和电机运
行状态，确保正常运行。
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THANKS
步进电机及驱动器原理知识课 件
CONTENTS
• 步进电机原理及特点 • 步进电机驱动器 • 步进电机驱动器的应用领域与
一文搞懂步进电机特性原理及驱动器设计
一文搞懂步进电机特性原理及驱动器设计1、步进电机的概念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电机，又称为脉冲电机。
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时，它就可以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”。
步进电机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。
步进电机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。
2、步进电机的特点步进电机工作时的位置和速度信号不反馈给控制系统，如果电机工作时的位置和速度信号反馈给控制系统，那么它就属于伺服电机。
相对于伺服电机，步进电机的控制相对简单，但不适用于精度要求较高的场合。
步进电机的优点和缺点都非常的突出，优点集中于控制简单、精度高，缺点是噪声、震动和效率，它没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低。
步进电机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低、发热大，有时会“失步”。
优缺点如下所示。
优点：1. 电机操作易于通过脉冲信号输入到电机进行控制；2. 不需要反馈电路以返回旋转轴的位置和速度信息（开环控制）；3. 由于没有接触电刷而实现了更大的可靠性。
缺点：1. 需要脉冲信号输出电路；2. 当控制不适当的时候，可能会出现同步丢失；3. 由于在旋转轴停止后仍然存在电流而产生热量。
3、步进电机的分类在相同电流且相同转矩输出的条件下，单极型步进电机比双极型步进电机多一倍的线圈，成本更高，控制电路的结构也不一样，目前市场上流行的大多是双极型步进电机。
步进电机在构造上通常主要按照转子特点和定子绕组进行分类，下面将详细介绍这两种类型的分类。
按照转子分类，有三种主要类型：反应式（VR型）、永磁式（PM型）、混合式（HB型）。
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
第30课--步进电机学习ppt课件
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/ ）。
步进电机详细讲解PPT学习教案
→ 转子转向
定子绕组通断电转换频率 → 转子转速
定子绕组通断电次数
→ 转子转角
❖ 通断电方式
三相单三拍 A →B →C →A （K=1）
三相双三拍 AB →BC →CA →AB （K=1）
三相六拍
A →AB →B →BC →C →CA →A （K=2）
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4.步进电机的选择
Jm 为电机转 动惯量
④ 电机运行速度和最高工作频率能满 足工作 台切削 加工 和快移 要求。
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④ 计算步进电机运行频率 步进电机运行频率 f ( Hz)
2)步进电机选择步骤
f= V / (60)
式中 , V ——工作台进给速度 mm/min
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2)步进电机选择步骤
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② 计算惯量
i. 图示的一级齿轮减速系
统
nz1
nm
nz2 nz2
n.
V=
z2
t
式中 V——工作台移动速度 m/min
t——丝杆导程 m
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2)步进电机选择步骤
② 计算惯量
J leq
Jz1 J
J z1
z2(
1 i2
nz 2 nm
Jz
)
2
2 Js
1 i2
(Jnnszm2)24MMw2tiw22(
Vw
2 nm
)2
Jz1
1 [ Jz2 i2
Js
M wt 2
4 2
]
.
式中 Jz1 —— 齿轮1的转动惯量 kg
m2
步进电机及驱动器原理知识知识讲解共50页
步进电机及，显然比用法律来约束他更有价值。—— 希腊
12、法律是无私的，对谁都一视同仁。在每件事上，她都不徇私情。—— 托马斯
13、公正的法律限制不了好的自由，因为好人不会去做法律不允许的事 情。——弗劳德
14、法律是为了保护无辜而制定的。——爱略特 15、像房子一样，法律和法律都是相互依存的。——伯克
6、最大的骄傲于最大的自卑都表示心灵的最软弱无力。——斯宾诺莎 7、自知之明是最难得的知识。——西班牙 8、勇气通往天堂，怯懦通往地狱。——塞内加 9、有时候读书是一种巧妙地避开思考的方法。——赫尔普斯 10、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。——笛卡儿
步进电机及其驱动电路
第三节步进电动机及其驱动一、步进电机的特点与种类1.步进电机的特点步进电机又称脉冲电机。
它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。
每当输入一个电脉冲时，转子就转过一个相应的步距角。
转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比,并在时间上与输入脉冲同步。
只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向。
步进电动机具有以下特点：✍工作状态不易受各种干扰因素(如电压波动、电流大小与波形变化、温度等）的影响;✍步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零” ;✍由于可以直接用数字信号控制，与微机接口比较容易;✍控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”；✍不需要传感器进行反馈,可以进行开环控制;✍缺点是能量效率较低。
就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说，可将其分为以下三种：（1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance）,也叫反应式步进电动机（2）永磁（PM—Permanent Magnet）型（3）混合(HB—Hybrid）型（1）可变磁阻（VR—Variable Reluctance）结构原理：该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称作反应式步进电动机.其结构原理如图3.5定子1上嵌有线圈，转子2朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁阻型。
图3。
6 可变式阻步进电机可变磁阻步进电机的特点：❖反应式电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力；❖需要将气隙作得尽可能小,例如几个微米；❖结构简单，运行频率高，可产生中等转矩,步距角小（0。
09~9°）❖制造材料费用低；❖有些数控机床及工业机器人上使用。
（3)混合（HB—Hybrid）型结构原理这类电机是PM式和VR式的复合形式。
其定子与VR类似，表面制有小齿，转子由永磁铁和铁心构成，同样切有小齿，为了减小步距角可以在结构上增加转子和定子的齿数。
步进电机 驱动与控制原理
步进电机驱动与控制原理一、什么是步进电机呢？嘿，小伙伴们，今天咱们来唠唠步进电机。
这步进电机啊，就像是一个很听话的小跟班，在好多地方都能派上用场呢。
你可以把它想象成一个超级有纪律的小士兵，每次只走固定的步数，可听话啦。
它的工作原理就像是我们上楼梯，一步一步稳稳当当的。
它靠电信号来指挥，每次给它一个特定的电信号，它就会按照设定好的步距角转动一定的角度，就像我们数着台阶一步一步往上走一样。
比如说，你告诉它走10步，它就会乖乖地走出10个固定的小角度，不多不少。
二、驱动部分的奥秘那这个小电机是怎么被驱动起来的呢？这就需要专门的驱动电路啦。
这个驱动电路就像是小电机的教练，告诉它什么时候该动，该怎么动。
驱动电路会给电机提供合适的电流和电压，就像给运动员提供合适的能量一样。
如果电压或者电流不合适，电机就可能不听话，要么转得慢腾腾的，要么就干脆不转了。
而且呀，不同类型的步进电机可能需要不同的驱动方式。
有的可能是单极性驱动，就像单行道一样，电流只能从一个方向走；有的则是双极性驱动，电流可以双向流动，就像双向车道一样。
这两种驱动方式各有各的特点，就看在什么情况下使用啦。
三、控制原理的小秘密再来说说控制原理。
控制步进电机就像是指挥一场小型的音乐会。
我们可以通过各种方式来控制电机的转速、转向和转动的步数。
比如说，我们可以用微控制器来发送指令，就像乐队指挥挥动指挥棒一样。
微控制器可以根据我们的需求，精确地告诉电机要做什么。
如果我们想要电机转得快一点，就可以增加发送指令的频率，就像让音乐的节奏变快一样。
要是想让它反转，也有专门的指令来告诉它改变方向。
而且，在一些复杂的应用中，我们还可以让电机按照特定的轨迹运动，这就需要更高级的控制算法了，就像演奏一场高难度的交响乐一样。
步进电机的驱动与控制原理虽然听起来有点复杂，但只要我们把它想象成一些有趣的东西，就会觉得很好理解啦。
它在我们的生活和工业生产中都有着很重要的地位呢，像打印机里的进纸装置、数控机床上的刀具移动等等，都离不开这个小小的步进电机。
步进电机及驱动器知识讲座经典讲课文档
3. 步进电动机的工作原理 以单极性电机为例来解释 工作原理
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现在八页，总共六十四页。
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现在十一页，总共六十四页。
4. 步进电动机的机座号：主要有35、39、42、57、86、110等 5. 步进电动机构造：由转子（转子铁芯、永磁体、转轴、滚珠 轴承），定子（绕组、定子铁芯），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。
1 步距响应图
现在十五页，总共六十四页。
电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，
则共振区向上偏移，反之亦然。步进电机低速转动时振动和噪声
大是其固有的缺点，克服两相混合式步进电机在低速运转时的振
动和噪声方法：
a. 通过改变减速比等机械传动避开共振区； b. 采用带有细分功能的驱动器； c. 换成步距角更小的步进电机； d. 选用电感较大的电机 e. 换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本高； f. 采用小电流、低电压来驱动。 g. 在电机轴上加磁性阻尼器； ⑥ 中高频稳定性
步进电动机微步驱动电路基本结构框图
现在二十一页，总共六十四页。
步距角：控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。
电机固有步距角 所用驱动器类型及工作状态
0.9°/1.8° 驱动器工作在半步状态
0.9°/1.8° 0.9°/1.8°
驱动器工作在5细分状态 驱动器工作在10细分状态
0.9°/1.8° 驱动器工作在20细分状态
海顿步进电机及驱动器知识讲座-cust
2. 电机定位精度的选择
机械传动比确定后，可根据控制系统的定位精度选择步进电机 的步距角及驱动器的细分等级。一般选电机的一个步距角对应 于系统定位精度的1/2 或更小。 注意：当细分等级大于1/4后，步距角的精度不能保证。 伺服电机编码器的分辨率选择：分辨率要比定位精度高一个数量 级。
3. 电机力矩选择
7. 步进电机的特点 ① 一般步进电机的精度为步距角的正负3-5%，且不累积； ② 步进电机外表允许的最高温度取决于不同电机磁性材料的退磁点； ③ 步进电机的力矩会随转速的升高而下降（U=E+L(di/dt)+I*R）
矩频特性曲线
④ 空载启动频率：即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉
冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能 发生丢步或堵转。 步进电机的起步速度一般在10~100RPM，伺服电机的起步 速度一般在100~300RPM。根据电机大小和负载情况而定， 大电机一般对应较低的起步速度。 ⑤ 低频振动特性：步进电动机以连续的步距状态边移动边重复
二、步进驱动器简介
步进驱动器：是一种能使步进电机运转的功率放大器，能把控制器
发来的脉冲信号转化为步进电机的角位移，电机的转速与脉冲频率
成正比，所以控制脉冲频率可以精确调速，控制脉冲数就可以精确 定位。
电机控制原理图
1. 恒流驱动
恒流控制的基本思想是通过控制主 电路中MOSFET的导通时间，即调节 MOSFET触发信号的脉冲宽度，来达 到控制输出驱动电压进而控制电机 绕组电流的目的。
显然，细分数太大，最大转速太低。
但是，同步带直径也不可能小2倍，所以只能增加一级减速
第2级主动轮直径仍取：Φ 3＝ 30 mm；
第1级主动轮直径取：Φ 1＝ 25 mm； 减速比取：i ＝ 1 ：3；
步进电机及驱动器的使用经验
步进电机及驱动器的使用经验驱动器电流：电流是推断驱动器驱动力量大小的依据，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不能大于电机的额定电流，通常驱动器有2.0A,3.5A,6.0A,8.0A等规格。
驱动器供电电压：供电电压是推断驱动器加速力量的标志，常规电压供应有：24VDC,40VDC,60VDC,80VDC,110VDC,220VDC等。
驱动器的细分：细分是掌握精度的标志，通过增大细分能改善精度。
步进电机都有低频谐振的特点，假如你的电机需要在低频(即低速)区，则细分驱动器是很好的选择。
关于步进电机及驱动器的使用阅历(仅供参考)：1、电流设置：A、驱动器的电流设置并不按电机标称的额定参数设置。
我的阅历：按电机额定电流的70%为参考，正常运行10分钟以上，摸下电机温度，温度偏低，可以增加电流;温度偏高，应减小电流;步进电机工作时会发热，40-65度均为正常;B、设备可以正常运行，而步进电机不发热，说明电机选大了(没有什么不好的：电机不发热，说明你的配置高)。
2、驱动器供电：A、由于工业掌握系统一般都是DC24V供电，使用86系列步进电机时，驱动器一般DC24V都可以工作，但你肯定要清晰，一般状况下：86系列步进电机驱动器，DC40-60时，效果要比DC24V好多了，谁家的驱动都这样;这样做仅是省了电源，当然很低的速度除外。
B、AC220供电的驱动器，牢靠的用法还是要配置220-220隔离变压器，国内电网环境各地区相差很大，电网波动过大，会走出驱动器的额定电压输入范围，并且系统加了隔离变压器会对整机的抗干扰很有好处。
C、环形电源的稳定性比开关电源强多了。
3、驱动器细分：A、驱动器细分可以提高电机精度，更关键的是可以供应电机运转平稳性。
B、细分不是越大越好：当高于16细分时，更高的细分对电机精度的影响基本就可以忽视了，因此在要求电机高速及出力的状况下，细分设备为(8,32)即可;当然，在要求电机低速及平稳运行时，更高点的细分是有效的。
7.2 步进电机及其驱动控制系统
C N C 主要内容7.2 步进电机及其驱动控制系统主要内容：•步进电机的原理；•主要性能参数；•步进驱动的特点；•驱动控制：环形分配器，功放电路。
要求：在掌握原理基础上，注重围绕应用了解各型电机的特点、性能参数、功放电路。
主要内容定义：步进电机是一种脉冲控制的执行元件，将电脉冲转化为角位移。
每给步进电机输入一个脉冲，其转轴就转过一个角度，称为步距角。
✓脉冲数量----位移量；✓脉冲频率----电机转速；✓脉冲相序----方向。
组成：由步进电机驱动电源和步进电机组成，没有反馈环节，属于开环位置控制系统。
7.2.1 步进电机概述主要内容优点：结构简单，价格便宜，工作可靠；缺点：–容易失步（尤其在高速、大负载时），影响定位精度；–在低速时容易产生振动；–细分技术的应用，明显提高了定位精度，降低了低速振动。
应用：要求一般的开环伺服驱动系统，如经济型数控机床、和电加工机床、计算机的打印机、绘图仪等设备。
步进电动机的分类按运动方式分：旋转式、直线运动式、平面运动式和滚切运动式。
按工作原理分：反应式(磁阻式)、电磁式、永磁式、混合式。
按结构分：单段式(径向式)、多段式(轴向式)，印刷绕组式。
按相数分：三相、四相、五相、六相和八相等。
按使用频率分：高频步进电动机和低频步进电动机。
(1) 反应式步进电动机极与极之间的夹角为60°，每个定子磁极上均匀分布了五个齿，齿槽距相等，齿距角为9°。
转子铁心上无绕组，只有均匀分布的40个齿，齿槽距相等，齿距角为360°/40＝9°。
单段式的结构：三相反应式步进电动机。
定子铁心上有六个均匀分布的磁极，沿直径相对两个极上的线圈串联，构成一相励磁绕组。
特点：转子无绕组，定转子开小齿、步距小；应用最广。
7.2 步进电机及其驱动控制系统C N C(2) 永磁式步进电动机工作原理：转子或定子一方具有永久磁钢，另一方有软磁材料制成，由绕组轮流通电产生的磁场与永久磁钢相互作用，产生转矩是转子转动。
步进电机及其驱动控制系统PPT教案
实际应用的步进电机如图所示 ，转子铁心和定子磁极上均有 齿距相等的小齿，且齿数要有 一定比例的配合。
步距角α=3600/mZk
式中：
m——定子相数
Z——转子齿数
k——整步或半步系数（整步为 1、半步为2）
例如：图a中，m=3,Z=4,假如 k=1，则α=3600/（3*4*1） =300
图b中，m=3,Z=40,假如k=1，则 α=3600（3*40*1）=30
（2）三相双三拍
1）通电顺序UV→VW→WU→UV顺序通电为正转（顺时针），反 之为反转（逆时针）；
2）当UV相绕组通电时，1、4齿U、V对齐，当换成VW相通电时， 因为原来(a)图上的3、4齿距VW相主磁极近，所以3、4齿顺时 针转动一个步距角300后，3、4齿与VW相主磁极对齐。
3）由于双三拍控制每次有二相绕组通电，而且切换时总保持 一相绕组通电，所以工作比较稳定。
1、步进电动机分类
（1）按定子独立绕组数分 两相、三相、四相、五相、六相步进电机。
步进电动机的相数：指定子上的独立绕组数。 （2）按转子性质分
反应式—转子无励磁（无绕组）、也非永磁 铁。
永磁式—转子常为永久磁铁。
2、三相反应式步进电机结构
定子上有六个磁极，每个磁极上绕有 励磁绕组，每相对的两个磁极组成一相， 分成A、B、C三相。转子无绕组，它是由 带齿的铁心做成的。步进电机是按电磁吸 引的原理进行工作的。当定子绕组按顺序 轮流通电时，A、B、C三对磁极就依次产 生磁场，并每次对转子的某一对齿产生电 磁引力，将其吸引过来，而使转子一步步 转动。每当转子某一对齿的中心线与定子 磁极中心线对齐时，磁阻最小，转矩为零 。如果控制线路不停地按一定方向切换定 子绕组各相电流，转子便按一定方向不停 地转动。步进电机每次转过的角度称为步 距角。
步进电机及驱动PPT教案
若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲， 转子只转 1.5 。
步进电机的转动方向仍由相序决定。
5、步进电动机参数：
（1）步距角 步进机通过一个电脉冲转子转过的角度 ,称为步距角。
θb = 360° m* Z*C
式中：m －定子相数 Z － 转子齿数 C －通电方式 C = 1 单相轮流通电、双相轮
转子为永磁材料，转子的极数=每相定子极数，不开小齿，步距角 较大，力矩较大 3）感应子式(混合式)：
转子为永磁式、两段，开小齿，转矩大、动态性能好、步距角小， 但结构复杂，成本较高。
按照定子数目分类 —— 单定子 双定子 多定子 按照定子励磁相数分类 —— 三相 四相 五相 六相 按照各相绕组的分布规律分类 —— 径向分相 (垂轴式)、轴向分相
正转：
反转：
A 相 B 相 A 相 C 相
C相
B相
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'
42
C 3B
A'
所以转子转到两 磁拉力平衡的位 置上。相对AA' 通电，转子转了 15°。
A B' C'
CB
A'
A
B'
C'
C
B
A'
A相通电
转子1、3 齿和A相对
A 相通电使转子1、3齿和
AA' 对齐。
这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而 且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。
（4）三相单三拍的特点：
• 每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为
步进电机步进驱动器原理详细讲解剖析
步进电机步进驱动器原理详细讲解剖析步进电机是一种可以按照指令精确旋转的电机，其精确性和可控性较高，广泛应用于各种自动化设备和机械设备中。
步进电机步进驱动器是控制步进电机旋转的主要组成部分，通过控制步进电机的电流、脉冲信号和驱动方式，实现电机的转动。
步进驱动器的作用步进驱动器的主要作用是将输入的脉冲信号转换成相应的电流，通过改变电流的方向和大小，控制步进电机的转动。
步进驱动器根据输入的脉冲信号来驱动步进电机旋转，脉冲信号的频率和脉冲数决定了步进电机的转速和旋转方向。
步进驱动器的工作原理步进驱动器的工作原理可以简单概括为：接收控制信号，根据信号的脉冲数和脉冲频率，输出相应的电流给步进电机，驱动步进电机的转动。
步进驱动器内部主要包含以下核心组件：1.逻辑控制模块：接收控制信号，根据信号的脉冲数和频率，产生相应的控制信号，用于驱动电流模块和方向模块。
2.电流模块：将逻辑控制模块输出的控制信号转换成相应的电流，通过电流控制步进电机的运行状态。
3.方向模块：根据逻辑控制模块的输出信号，控制步进电机的转动方向。
4.保护模块：用于检测电流和温度等参数，防止步进电机因过流或过热而损坏。
5.脉冲生成器：根据输入的脉冲信号，产生相应的脉冲，用于驱动步进电机。
步进驱动器的工作流程：1.接收输入的脉冲信号：步进驱动器通过接口接收输入的脉冲信号，这些信号经过编码器或控制器生成。
2.根据脉冲信号产生控制信号：逻辑控制模块根据输入的脉冲信号产生相应的控制信号，控制驱动电流和方向。
3.控制电流：电流模块将逻辑控制模块输出的控制信号转换成相应的电流，控制步进电机的运行状态。
4.控制方向：方向模块根据逻辑控制模块的输出信号控制步进电机的转动方向。
5.保护功能：保护模块可以监测电流和温度等参数，当电流过大或温度过高时，及时发出警报或停止电机运行，避免损坏电机。
步进驱动器的特点：1.精度高：步进驱动器可以精确控制步进电机的旋转角度，通常精度可达到0.9°或更低，适用于需要高精度控制的应用场合。
第25次课步进电机及其驱动器基础知识
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2、步进电机驱动器
2.1 步进电机工作原理 2.2 步进电机驱动电路 2.3 步进电机型号选择 2.4 步进电机驱动器
2.4.1 步进电机驱动器的型号选择 2.4.2 步进电机驱动器基本使用
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2.1步进电机#39;
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C 3B A'
A
B'
C'
C
B
A'
A相通电，转子1、
3齿与A、A' 对齐。
A、B相同时通电，A、 A' 磁极拉住1、3齿，B、 B' 磁极拉住2、4齿，转
子转过15，到达左图所 示位置。
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2.1步进电机工作原理
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
B 相通电，转子2、
4齿与B、B´ 对齐,又转
过15。
B、C相同时通电，
C' 、C 磁极拉住1、3 齿，B、B' 磁极拉住
2、4齿，转子再转过 15。
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2.1步进电机工作原理
三相反应式步进电动机的一个通电循环周 期如下：AAB B BC C CA，每个循 环周期分为六拍。每拍转子转过15（步距角）， 一个通电循环周期(6拍)转子转过90 (齿距角)。
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步进电机及其驱动1.步进电机的特点与种类（1）步进电机的特点步进电机又称脉冲电动机。
它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。
其输入一个电脉冲就转动一步，即每当电动机绕组接受一个电脉冲，转子就转过一个相应的步距角。
转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步，只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电动机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向、很容易用微机实现数字控制。
步进电机具有如下特点：1）步进电机的工作状态不易受各种干扰因素(如电源电压的波动、电流的大小与波形的变化、温度等)的影响，只要在它们的大小未引起步进电机产生“丢步”现象之前，就不影响其正常工作；2）步进电机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零”，因此不会长期积累；3）控制性能好,在启动、停止、反转时不易“丢步”。
因此，步进电机被广泛应用于开环控制的机电一体化系统，使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度。
（2）步进电机的种类步进电机的种类很多，有旋转式步进电机，也有直线步进电机；从励磁相数来分有三相、四相、五相、六相等步进电机。
就常用的旋转式步进电机的转子结构来说，可将其分为以下三种：1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance)型该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称反应式步进电机。
其结构原理如下图所示。
其定子1与转子2由铁心构成，没有永久磁铁，定子上嵌有线圈，转子朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁型。
此类电动机的转子结构简单、转子直径小，有利于高速响应。
由于VR型步进电机的铁心无极性，故不需改变电流极性，因此多为单极性励磁。
可变磁阻型(反应式）三相步进电机断面图该类电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力。
另外，需要将气隙做得尽可能小，例如几个微米。
这种电动机具有制造成本高、效率低、转子的阻尼差、噪声大等缺点。
但是，由于其制造材料费用低、结构简单、步距角小，随着加工技术的进步，可望成为多用途的机种。
2）永磁(PM-Permanent Magnet)型永磁（PM）型步进电机的转子2采用永久磁铁、定子1采用软磁钢制成，绕组3轮流通电，建立的磁场与永久磁铁的恒定磁场相互吸引与排斥产生转矩。
其结构如图所示。
这种电动机由于采用了永久磁铁，即使定子绕组断电也能保持一定转矩，故具有记忆能力，可用做定位驱动。
PM型电动机的特点是励磁功率小、效率高、造价低，因此需要量也大。
由于转子磁铁的磁化间距受到限制，难于制造，故步距角较大。
与VR型相比转矩大，但转子惯量也较大。
3）混合(HB-Hybrid)型步进电机该型步进电机不仅具有VR型步进电机步距角小、响应频率高的优点，而且还具有PM型步进电机励磁功率小、效率高的优点。
它的定子与VR型没有多大差别，只是在相数和绕组接线方面有其特殊的地方，例如，VR型一般都做成集中绕组的形式，每极上放有一套绕组，相对的两极为一相，而HB型步进电机的定子绕组大多数为四相，而且每极同时绕两相绕组或采用桥式电路绕一相绕组，按正反脉冲供电。
这种类型的电动机由转子铁心的凸极数和定子的副凸极数决定步距角的大小，可制造出步距角较小(0.9°~3.6°)的电动机。
永久磁铁也可磁化轴向的两极，可使用轴向各向异性磁铁制成高效电动机。
混合型与永磁型多为双极性励磁1。
由于都采用了永久磁铁，所以无励磁时具有保持力。
另外，励磁时的静止转矩都比VR型步进电机的大。
HB和PM型步进电机能够用做超低速同步电机，如用60Hz驱动每步1.8°的电动机可作为72r／min的同步电机使用。
步进电机与DC和AC伺服电机相比其转矩、效率、精度、高速性比较差，但步进电机具有低速时转矩大、速度控制比较简单、外形尺寸小等优点，所以在办公室自动化方面的打印机、绘图机、复印机等机电一体化产品中得到广泛使用，在工厂自动化方面也可代替低档的DC伺服电机。
2.步进电机的工作原理如下图a所示，如果先将电脉冲加到A相励磁绕组，定子A相磁极就产生磁通，并对转子产生磁拉力，使转子的1、3两个齿与定子的A相磁极对齐。
而后再将电脉冲通入B相励磁绕组，B相磁极便产生磁通。
由图b可以看出，这时转子2、4两个齿与B相磁极靠得最近，于是转子便沿着逆时针方向转过30°角，使转子2、4两个齿与定子B相磁极对齐。
如果按照A→B→C→A的顺序通电，转子则沿反时针方向一步步地1励磁：就是向发电机或者同步电动机定子提供定子电源的装置。
根据直流电机励磁方式的不同，可分为他励磁，并励磁，串励磁，复励磁等方式，直流电机的转动过程中，励磁就是控制定子的电压使其产生的磁场变化，改变直流电机的转速，改变励磁同样起到改变转速的作用。
转动，每步转过30°，这个角度就叫步距角。
显然，单位时间内通入的电脉冲数越多，即电脉冲频率越高，电动机转速就越高。
如果按A→B→C→A→…的顺序通电，步进电机将沿顺时针方向一步步地转动。
从一相通电换接到另一相通电称为一拍，每一拍转子转动一个步距角。
像上述的步进电机，三相励磁绕组依次单独通电运行，换接三次完成一个通电循环，称为三相单三拍通电方式。
如果使两相励磁绕组同时通电，即按AB→BC→CA→AB→…顺序通电，这种通电方式称为三相双三拍，其步距角仍为30°。
还有一种是按三相六拍通电方式工作的步进电机，即按照A→AB→B→BC→C→CA →A→…顺序通电，换接六次完成一个通电循环。
这种通电方式的步距角为l5°，如下图所示。
若将电脉冲首先通入A相励磁绕组，转子齿1、3与A相磁极对齐，如上图中a所示。
然后再将电脉冲同时通入A、B相励磁绕组，这时A相磁极拉着1、3两个齿，B相磁极拉着2、4两个齿，使转子沿着逆时针方向旋转，转过15°角时，A、B两相的磁拉力正好平衡，转子静止于图中b的位置。
如果继续按B→BC→C→CA→A…的顺序通电，步进电机就沿着逆时针方向，以15°步距角一步步转动。
步进电机的步距角越小，意味着它所能达到的位置精度越高。
通常的步矩角是1.5°或0.75°，为此需要将转子做成多极式的，并在定子磁极上制成小齿，如下图所示。
如上述断面图所示，定子磁极上的小齿和转子磁极上的小齿大小一样，两种小齿的齿宽和齿距相等。
当一相定子磁极的小齿与转子的齿对齐时，其他两相磁极的小齿都与转子的齿错过一个角度。
按着相序，后一相比前一相错开的角度要大。
例如转子上有40个齿，则相邻两个齿的齿距角是360°／40＝9°。
若定子每个磁极上制成5个小齿，当转子齿和A相磁极小齿对齐时，B相磁极小齿则沿逆时针方向超前转子1／3齿距角，即超前3°，而C相磁极小齿则超前转子2／3齿距，即超前6°。
按照此结构，当励磁绕组按A→B→C→A…顺序以三相三拍通电时，转子按逆时针方向，以3°步距角转动；如果按照A→AB→B→BC→C→CA→A→…顺序以三相六拍通电时，步距角将减小一半，为1.5°。
如通电顺序相反，则步进电机将沿着顺时针方向转动。
步距角的大小与通电方式和转子齿数有关，其大小可用下式计算：步距角＝360°／(z m)式中：z-转子齿数；m-运行拍数，通常等于相数或相数整数倍，即m=KN(N为电动机的相数，单拍时K＝1，双拍时K＝2)。
反应式步进电机环形脉冲分配方式3.步进电机的运行特性及性能指标（1）分辨力在一个电脉冲作用下(即一拍)，电动机转子转过的角位移，即步距角越小，分辨力越高。
最常用的有0.6°／1.2°、0.75°／1.5°、0.9°／1.8°、1°／2°、1.5°／3°等。
（2）静态特性（3）动态特性1）启动转矩上图中，A相与B相矩-角特性曲线之交点所对应的转矩称为启动转矩，它表示步进电机单相励磁时所能带动的极限负载转矩。
启动转矩通常与步进电机相数和通电方式有关，如下表所示。
2）最高连续运行频率及矩-频特性3）矩频特性及联系尺寸4）空载启动频率与惯-频特性5）空载启动频率（4）步进电机技术指标实例反应式步进电机技术性能数据表永磁感应式步进电机技术性能数据(一)永磁感应式步进电机技术性能数据(二)4.步进电机的驱动与控制步进电机的运行特性与配套使用的驱动电源（驱动器）有密切关系。
驱动电源由脉冲分配器、功率放大器等组成，如下图所示。
驱动电源是将变频信号源(微机或数控装置等)送来的脉冲信号及方向信号按要求的配电方式自动地循环供给电动机各相绕组，以驱动电动机转子正反向旋转。
变频信号源是可提供从几赫兹到几万赫兹的频率信号连续可调的脉冲信号发生器。
因此，只要控制输入电脉冲的数量及频率就可精确控制步进电机的转角及转速。
（1）环形脉冲分配器步进电机的各相绕组必须按一定的顺序通电才能正常工作。
这种使电动机绕组的通电顺序按一定规律变化的部分称为脉冲分配器（又称为环形脉冲分配器）。
实现环形分配的方法有三种。
下图是一种采用计算机软件，利用查表或计算方法来进行脉冲的环形分配，简称软环分。
下表为三相六拍分配状态，可将表中状态代码0lH、03H、02H、06H、04H、05H 列入程序数据表中,通过软件可顺次在数据表中提取数据并通过输出接口输出即可，通过正向顺序读取和反向顺序读取可控制电动机进行正反转。
通过控制读取一次数据的时间间隔可控制电动机的转速。
该方法能充分利用计算机软件资源以降低硬件成本，尤其是对多相的脉冲分配具有更大的优点。
但由于软环分占用计算机的运行时间，故会使插补一次的时间增加，易影响步进电机的运行速度。
另一种采用小规模集成电路搭接而成的三相六拍环形脉冲分配器（如下图1所示），图中C1、C2、C3为双稳态触发器。
这种方式灵活性很大，可搭接任意相任意通电顺序的环形分配器，同时在工作时不占用计算机的工作时间。
第三种是采用专用环形分配器器件。
如下图2所示的CH250为一种三相步进电机专用环形分配器。
它可以实现三相步进电机的各种环形分配，使用方便、接口简单。
其中图a为CH250的管脚图、图b为三相六拍接线图。
CH250工作状态（2）功率放大器步进电机所使用的功率放大电路有电压型和电流型。
电压型又有单电压型（下图1）、双电压型(高低压型)（如下图2，其中图2a是由采用脉冲变压器TI组成的、图2b是由采用单稳触发器组成的）。
电流型中有恒流驱动、斩波驱动等。
（3）细分驱动上述提到的步进电机的各种功率放大电路都是采用环形分配器芯片进行环形分配，控制电动机各相绕组的导通或截止，从而使电动机产生步进运动，步距角的大小只有两种，即整步工作或半步工作。