步进电动机基础知识
4.4 步进电动机
电机对外做功的能源。 电磁转矩T驱使转子转过偏转角dθ 时，步进电动机对外输出的机械 能 Tdθ ，从能量平衡关系 Tdθ = dWm 即静态转矩为 在线性系统中
dW dWm dθ 1 Wm = LI 2 2 T=
若控制绕组中的电流I为常数，每相控制绕组是两个极上绕组串接而成， 且每极绕组的匝数为N，则
n= 60 f Zr N
f 为控制脉冲的频率，即每秒输入的脉冲数。 反应式步进电动机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，与电源电 压、负载、温度等因素无关。改变脉冲频率可以改变转速，故可进行无 级调速。
f 60 f 60 f 360o n= = = o θs 步进电动机的转速还可用步距角表示 Zr N Zr N 360o 6
N NZr N ， N为运行拍数， = k ⋅ m (k = 1 2) ，m为电机相数。
步距角与拍数N及转子齿数Zt有关。减小步距角，可提高控制精度。 在一个齿距内磁场变化一个周期，用电角度表示时，一个齿距就对应 360°电角度（或 2π 电弧度)。用电角度（或电弧度）表示的齿距角 为 θte = 360o 。
图4-29 永磁式步进电动机
4.5.1 步进电动机的其它类型
3. 感应子式永磁步进电动机
图4-30 感应子式永磁步进电动机
结构 两相感应子式永磁步进电动机的定子结构与单段反应式步进电 动机相同，1、3、5、7极上的控制绕组串联为A相，2、4、6、8极 上的控制绕组串联为B相。转子是由环形磁铁和两端铁心组成。两 端转子铁心上沿外圆周开有小齿，两端铁心上的小齿彼此错过1/2齿 距。定、转子齿数的配合与单段反应式步进电动机相同。
四相八拍运行时的步距角是四相四拍运行时的一半。 四相双四拍运行 通电方式为AC→CB→BD→DA→…。步距角与四相单四拍运行时一样 为1/4齿距角，即1.8°。
步进电动机ppt课件
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
第四讲 步进电动机
1
步进电机的控制
(2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则
电机就反转。
(3)控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一 步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率， 就可以对步进电机进行调速。
目 录
1
2
步距角和静态步距误差 最大静转矩 矩频特性 起动频率和连续运行频率
11
3 4
1
步距角和静态步距误差
步距角也称为步距，是指步进电动机改变一次通电方式转子转过的角度。步 距角与定子绕组的相数、转子的齿数和通电方式有关。
2
最大静转矩
步进电动机的静特性，是指步进电动机在稳定状态（即步进电动机处于通电 状态不变，转子保持不动的定位状态）时的特性，包括静转矩、矩角特性及静 态稳定区。静转矩是指步进电动机处于稳定状态下的电磁转矩。
步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM） 和混合式步进电机（简称HB）。
1
步进电机的控制
步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原 理作用如下： (1)控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方
式， 其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制
混合式步进电机（简称HB）。
1
打印机中步进电机的常见故障排查
打印机步进电机的制造精度较高，其故障主要表现为不进纸。判断该类电机 是否损坏，可采用以下方法： 1. 根据步进电机上所标注的阻值测量其电阻。 2. 测量时可先用万用表将引线分为两组(各引线相通的为一组)，再用测电阻 的方法找出每一组的中心抽头端，中心端应对其他两端等电阻且与标注电阻值相 符。 3. 用步进电机上所标注的电源电压(或电路中电机的工作电压)进行试验。 4. 有的步进电机具有两个相同的绕组，但无中心抽头端。
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。
步进电机的使用
（5）矩角特性：步进电机的转子离开平衡位置后所具有的恢复转矩，随着转角的偏移而变化。步进电动机静转矩与失调角的关系称为矩角特性。
（6）静态温升：指电机静止不动时，按规定的运行方式中最多的相数通以额定静态电流，达到稳定的热平衡状态时的温升。
2、系统概述：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。当步进电机驱动器接收到一个脉冲信号（来自控制器），它就驱动步进电动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。
3、系统控制：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，从而达到调速的目的。
（7）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定频率就无法启动,并伴有啸叫声。
步进电机有一个技术参数：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。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
★步进电机的相数选择，这项内容，很多客户几乎没有什么重视，大多是随便购买。其实，不同相数的步进电机，工作效果是不同的。相数越多，步距角就能够做的比较小，工作时的振动就相对小一些。大多数场合，使用两相步进电机（四相步进电机）比较多。在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是很实用的。
★特种步进电机能够防水、防油，用于某些特殊场合。例如水下机器人，就需要放水步进电机。75BYG系列步进电机大多是防水结构。对于特种用途的步进电机，就要针对性选择了。
第4章 步进电动机
输入环形分配器的脉冲电源频率为1000HZ，求每
相脉冲电压频率是多少？
f f
1000 250H Z N 4
A
脉冲频率f
AB
BC
CD
A相
DA
+E
AB
BC
B
A相绕组通电脉冲
B相 φ
1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1
C
C相 0 D相
0 1
B相绕组通电脉冲
D
1
2、静态转矩T的理论分析
反应式步进电机是靠齿槽磁阻不同而产生磁阻转矩 的。静态转矩是指某相通入直流电流的条件下所产生 的电磁转矩。
因此步进电机静态电磁转矩T的表达式可以由机电能 量转换原理中的能量平衡关系导出。
例：当A相绕组通电时：
Ua
A相 C相 D相 B相
d Laia U a raia dt
步进电机电角度与齿距角、步距角的关系
3600 已知齿距角t Zr
3600 步距角s = 机械角度 N NZr
t
如果将转子齿数看做转子的极对数，那么一个齿距 就对应3600电角度，即用电角度表示的齿距角为：
齿距角se 360 电角度 =2 电弧度
0
3600 步距角 se 电角度 N N
状态数等于绕组相数的称为单拍制分配方式；
状态数等于绕组相数2倍的称为双拍制分配方式； 不管分配方式如何，每循环一次，控制电脉冲的 个数总是等于拍数N，而加在每相绕组上的脉冲电压 （或电流）的个数却等于1，因而控制电脉冲频率f
是每相脉冲电压频率fφ 的N倍，即：
f f
N
例：某四相步进电动机采用四相双四拍运行方式，
步进电机培训教材
步进电动机简介一、步进电动机概述1.1步进电机特点步进电动机（stepping motor）也称脉冲电动机、脉动电动机、分级电动机；更老一些叫法也叫阶动电动机。
这种电动机以规定的次序对定子线圈励磁，每次只转动一定的角度。
这种电动机主要特点如下：（1）控制电路步进电动机的驱动控制电路是将脉冲分配到各相线圈中去的逻辑分配电路，或者是对线圈提供励磁的驱动开关电路。
这种电路同其他伺服控制电路相比较是很简单。
（2）对数控机器的适应性步进电动机很容易同应用微机的设备组合起来，优点是对旋转角度、速度、正反转；启动停止等动作的控制准确、迅速。
（3）定位控制直流电动机等伺服电动机进行定位控制时，使转子保持在某一角度，一定要不间断通电，以达到制动作用。
而步进电机只要维持励磁就能得到保持转矩。
永磁型、混合型步进电动机即使切断励磁也能得到定位转矩；因此，用步进电动机实现准确的定位控制既简单、成本又低。
（4）步距角误差步进电动机的角度误差通常是基本步距角的5%左右，因此输入脉冲没有积累误差，所以定位精度很高。
（5）低转速、高转矩步进电动机与其他类似电动机比较，是属于低速、高转矩电动机。
其他伺服电动机的工作转速在1000rpm以上，而以每秒1000个脉冲的速度来驱动1.8°的步进电动机时转速只有300rpm，以它是属于低转速、高转矩的电动机。
（6）速度可变控制步进电机的旋转角度同输入脉冲成正比，旋转速度同输入的脉冲（频率）成正比，只要简单的改变脉冲速率，就能达到大幅度控制速度变化的目的。
（7）可靠性高步进电机除了轴承以外没有电刷、换向器等磨损部分，无须特殊的维修保养是可靠性高寿命长的电动机。
（8）稳定性差步进电动机的驱动转矩随着转子旋转的位置而变化，而每次励磁都会引起转矩的波动，所以速率的波动比较大。
另外电动机的转矩和惯量决定着电动机固有的频率和驱动脉冲速率，同步进电动机安装的固有的振动之间引起共振，而产生共振噪音，这是一大缺点。
《步进电动机》PPT课件
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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)。
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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。
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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)
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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。
步进电机及驱动器知识
2. 步进电动机的定义：是一种专门用于速度和位置精确控制的
特种电机，它旋转是以固定的角度（称为步距角）一步一步运行 的，故称步进电机。 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
运转。其步距状态的移动会产生1 步距响应。
1 步距响应图
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. b. c. d. e. f. g. 通过改变减速比等机械传动避开共振区； 采用带有细分功能的驱动器； 换成步距角更小的步进电机； 选用电感较大的电机 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； 采用小电流、低电压来驱动(转矩很难保证)。 在电机轴上加磁性阻尼器；
③ 电机力矩计算 力矩计算公式为：
max
t
(rad / s2)
T ( J TL ) /
式中：TL为系统外力折算到电机上的力矩； 为传动系统的效率。
四、计算例题（直线运动）
1. 运动学计算 2. 动力学计算 3. 选择同步带直径Φ 和步进电机细分数m 4. 计算电机力矩，选择电机型号
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。直接起动时（一般由低速）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） • 转动惯量计算
步进电动机课件ppt
驱动电路类型
常见的步进电动机驱动电 路包括H桥、A4988等。
驱动电路元件
驱动电路的主要元件包括 晶体管、二极管、电容等 ，用于实现电流的放大和 转换。
步进电动机的常见
04
问题与解决方案
步进电动机的常见问题
电机发热过高
电机运行噪音过大
电机在运行过程中发热过高，可能是由于 电机过载、通风不良、绕组故障等原因。
定制化
随着市场的多样化需求，步 进电动机将逐渐实现定制化 生产，满足不同客户和行业 的特殊需求。
步进电动机的未来展望
更广泛的应用领域
随着步进电动机性能和效率的提高，其 应用领域将进一步扩大，涉及到更多行
业和领域。
更智能的集成系统
未来步进电动机将与传感器、控制器 等智能器件集成，形成更智能的控制
系统。
步进电动机的旋转角度和速度 可以通过控制脉冲的数量和频
率来实现高精度的控制。
响应速度快
步进电动机的转动速度和方向 可以通过控制脉冲的频率和相 序来快速响应。
低速性能好
步进电动机在低速时仍能保持 较好的稳定性和平滑性，不会 出现丢步或过冲的现象。
可靠性高
步进电动机的结构简单，维护 方便，且使用寿命长，可靠性
它广泛应用于各种自动化设备、机器 人、数控机床等领域，是实现精密控 制的重要元件之一。
步进电动机的分类
根据结构分类
根据工作电流方式分类
有齿型步进电动机、无齿型步进电动 机、混合型步进电动机等。
有直流步进电动机和交流步进电动机 。
根据相数分类
有单相、两相、三相和多相步进电动 机。
步进电动机的工作原理
步进电动机的驱动
03
控制
步进电动机驱动器
试阐述步进电动机的基本结构和工作原理。
试阐述步进电动机的基本结构和工作原理。
一、步进电动机的基本结构
步进电动机是一种线性电机，它由定子、转子和联结的三部分组成。
定子部分包括有一系列的磁铁，这些磁铁的排列构成一个阶梯形状。
转子部分由一个旋转的磁铁组成，磁铁的阶梯状的结构与定子相同，这样定子和转子在磁场中才会产生作用力。
最后，联结部分包括有控制器，这个控制器的作用是控制定子和转子之间的联结。
二、步进电动机的工作原理
步进电动机的工作原理是通过定子和转子之间的磁场作用力来驱动转子的旋转。
当定子磁场的方向改变时，转子会受到相应的作用力，从而转动。
如果定子和转子之间的磁场方向相同，则转子不会旋转，这就是步进电动机的工作原理。
- 1 -。
步进电动机的结构组成步进电机组成定子转子课件
04
步进电机具有较高 的可靠性，能够在 恶劣的环境条件下 稳定运行。
步进电机的分类
根据结构特点，步进电机可以分为三 种类型：永磁式、反应式和混合式。
反应式步进电机具有较快的响应速度 和较低的成本，但精度和效率较低， 适用于一般工业控制场合。
永磁式步进电机具有较高的精度和效 率，但成本较高，适用于高精度控制 场合。
定子的作用和影响
产生磁场
定子绕组通电后，会产生磁场，与转子相互作用。
传递扭矩
定子铁芯作为扭矩传递的媒介，将电磁力传递到转子上。
决定电机的性能
定子的构造和材料直接影响步进电机的性能，如扭矩、速度、精 度等。
04
步进电机的转子
Chapter
转子的构造
转子铁芯
转子铁芯是步进电机的主要组成 部分之一，通常由硅钢片叠压而 成，以减少涡流损耗和提高电机 效率。
定子的构造
环形定子铁芯
一般由硅钢片组成，用于 产生磁场和传递扭矩。
绕组
定子绕组在环形铁芯上， 用于产生励磁电流。
端盖
固定和保护定子铁芯和绕 组，防止灰尘和杂物进入 。
定子的材料和工艺
硅钢片
常用的定子材料，具有高磁导率和低损耗特性。
绝缘漆
用于涂覆硅钢片表面，提高耐热性和绝缘性能。
绕组线
一般采用铜线或铝线，用于组成绕组。
转子绕组
转子绕组是安装在转子铁芯上的 线圈，分为单相、两相和三相等 不同类型，用于产生磁场。
转子的材料和工艺
硅钢片
转子铁芯通常由硅钢片叠压而成，这 种材料具有高磁导率和低磁损耗的优 点。
绕线工艺
转子绕组通常采用高强度漆包线或纱 包线绕制而成，以抵抗高温和保证电 机性能。
步进电动机课件ppt
描述了步进电动机转速与输入脉冲频率之间的关系，也称动态机械特性。
03
CATALOGUE
步进电动机的控制方法
开环控制
脉冲控制
通过控制脉冲的数量和频率来控 制步进电动机的旋转角度和速度
。
方向控制
通过控制脉冲的顺序来控制步进电 动机的旋转方向。
步进模式
通过控制脉冲的数量来控制步进电 动机的旋转步数和位置。
软件细分
通过在软件中设置细分参数对步进电动机进行细 分控制，以实现更精细的控制。
自动细分
通过自动调整细分参数，以实现最佳的控制效果 。
04
CATALOGUE
步进电动机的驱动电路
单电压驱动电路
电阻分压器
通过电阻分压器将电源电压分成适当的电压，为步进电动机的各 相绕组提供驱动信号。
环形分配器
将驱动信号分配给各相绕组，使各相绕组按顺序通电或同时通电。
高精度化
为了满足高精度加工和测量需求，步进电动机的精度不断提高。
多样化
不同类型的步进电动机不断涌现，以满足不同领域的需求。
技术瓶颈与挑战
控制精度
步进电动机的控制系统对精度影响较大，如何提高控制精度是当前 面临的一个难题。
可靠性
由于步进电动机的运行速度较高，对其可靠性和稳定性要求也较高 ，如何保证长时间稳定运行也是一个挑战。
自动化生产
步进电动机可用于驱动自动化生产线上的机械臂、传送带等设备，提高生产效率 。
质量控制
步进电动机可用于控制机器视觉系统，对生产线上的产品进行质量检测和筛选。
在打印机等办公设备中的应用
打印机
步进电动机在打印机中用于控制打印头的移动，实现高精度 的打印效果。
复印机
步进电机基础知识培训
四、步进电机的应用：
20BYJ /24BYJ：空调、监控设备、舞台灯光、医疗设备 35BYJ：电子锁、智能马桶、阀门、家用电器 15BY：电脑光驱、POS机 20BY/25BY：打印机、复印机、扫描仪、电子锁 35BY/42BY：电子锁、智能马桶、阀门、家用电器 15BY：电脑光驱、P主要性能参数：
1、安装尺寸：指电机外型尺寸及对安装有影响的一些尺寸。
05
2、绝缘电阻：电机绕组与外壳之间的绝缘电阻（不得小于 10MΩ）。 3、绝缘介电强度：电机绕组与外壳之间所能承受的电压（应能承受 50Hz、500V历时1秒无击穿或飞弧，且漏电流不应大于1mA）。 4、电阻：某一组线圈的电阻值，（允许偏差±7%，各极相差±4%）。 5、旋转方向：电机按规定的供电顺序运行时，输出轴的旋转方向 （顺时针：CW；逆时针：CCW），改变旋转方向只需改变通电顺序，即 连接线排序就可以了。
五、步进电机的命名与释义
例：：
24 BYJ 48 - A
派生代号 性能参数代号 产品名称代号 机座号
1、机座号: 电机外径的毫米数以阿拉伯数字表示； 2、产品名称代号: 用大写汉语拼音字母BYJ表示（BY---永磁步进电动机， J---减速）； 3、性能参数代号: 由两位阿拉伯数字组成，第一位数字表示相数，第二位数字表示 极对数； 4、派生代号：包括性能参数派生和结构派生，性能参数派生和结构派生用大写英文 字母A、B、 C......表示,但不能使用 I、O字母，若字母不够使用可字母后面加阿拉伯数字1、 2、3......表示.
内部培训资料之 --步进马达基础知识
2010.5.17
一、什么是步进电机？
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移或线 位移开环控制元件。通俗一点讲：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及(步进角)。
步进电机基础知识
广州办事处
Au tonic s 5相 Hybrid type Stepping Motor的结构 相 的结构
定子STATOR部分 部分 定子
广州办事处
Au tonic s
什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）？
保持转矩（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转 子的力矩。 它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。 由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而 变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。 比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N. m的步进电机。
广州办事处
Au tonic s
D r i v e r 的 性 能 范 围 最大应答(驱动 频率(Maximum slewing Frequency) 最大应答 驱动) 频率 驱动 - Stepping Motor能接受的最大频率 能接受的最大频率 Pull-Out Torque(最大输出 Torque) 最大输出 - Stepping Motor正常启动时 正常启动时Torque的范围内，最大输出 Torque 的范围内， 正常启动时 的范围内 Pull-In Torque(输入 Torque) 输入 - Stepping Motor正常启动时的最大 正常启动时的最大Torque 正常启动时的最大 最大启动频率 (Maximum starting Frequency) - Stepping Motor能启动 停止 正⋅反旋转的最大频率 能启动, 能启动 停止, Pull-In Range(Pull-In 领域 : 最大启动领域 最大启动领域) - Stepping Motor正常启动时的最大 正常启动时的最大Torque的范围 正常启动时的最大 的范围
第7章步进电动机-PPT精选
0 60o 120o
θe
控制电机
空载时，转子停在θe = 0 位置，此时B 相通电，
转矩从 o 到 a ，转矩为 TBa= Tjmax sin 120 o
转子从 步。
0
移T动到θeb（
120o电角度）电机前进了一
TA
TB
TC
a 一步
一步
o
θeb
2θeb
θe
如果不断送入控制脉冲，电机就不断地一步一 步转动。此即步进电动机空载作单步运行的情况。
第7章 步进电动机
7.1 反应式步进电动机的工作原理 和基本特点
7.2 反应式步进电动机的运行特性 7.3 步进电动机主要性能指标和技术数据 7.4 步进电动机的应用举例
第7章 步进电动机
本章要求：
熟练掌握步进电动机的工作原理,熟悉步进电 动机的基本特点。 熟练掌握步进电动机的矩角特性和静态转矩。 熟悉并掌握步进电动机的单步运行状态。 熟练掌握步进电动机的连续脉冲运行和运动特性 熟悉步进电动机的主要性能指标。
线。
θe= π/2
T
π/2 π
0
3π/2
θe 图
T1
21
T
π/2 π
0
3π/2
控制电机
转子位置不同， 电机产生的转矩 θe 是不同的。
当θe<+π时，转矩的方向是使转子位置趋 向失调角为0，与θe角增加的方向相反，故取转 矩为负值。当θe > +π时，转矩的方向与θe角增 加的方向相同，故取转矩为正值。
实际电机所带的负载转矩t必须小于极限启动转矩才能运动即t步距角减小可使相邻距角特性位移减少就可提高极限启动转矩tq2控制电机max三相单三拍极限启动转矩t三相六拍极限启动转矩tq2控制电机单步运行时转子从一个平衡位置转过一个步距角到达新的平衡位置但是由于惯性作用转子要在新的平衡位置来回振荡
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
步进电机型号、参数、选择
一、步进电动机简介
1. 步进电动机的历史 2. 步进电动机的定义
3. 4. 5. 6. 7.
步进电动机的工作原理 步进电动机的机座号 步进电动机构造 步进电动机主要参数 步进电动机的特点
一、步进电动机简介
1. 步进电动机的历史：德国百格拉公司于1973年发明了五相混 合式步进电机及其驱动器；1993年又推出了性能更加优越的三相 混合式步进电机。我国在80年代以前，一直是反应式步进电机占 统治地位，混合式步进电机是80年代后期才开始发展。 2. 步进电动机的定义：是一种专门用于速度和位置精确控制的 特种电机，它旋转是以固定的角度（称为步距角）一步一步运行 的，故称步进电机。 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
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。
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 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。直接起动时（一般由低速）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） • 转动惯量计算
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1.什么是步进电机?
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
通俗一点讲：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（及步进角）。
您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；同时您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。
2.步进电机分哪几种?
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。
3.什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）?
保持转矩（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转
子的力矩。
它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。
由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。
比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。
4.什么是DETENT TORQUE?
DETENT TORQUE 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。
DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于
反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。
5.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。
6.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。
7.为什么步进电机的力矩会随转速的升高而下降?
当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。
在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
8.为什么步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声?
步进电机有一个技术参数：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。
在有负载的情况下，启动频率应更低。
如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
9.如何克服两相混合式步进电机在低速运转时的振动和噪声?
步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，一般可采用以下方案来克服：
A.如步进电机正好工作在共振区，可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，这是最常用的、最简便的方法；
C.换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机；
D.换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高；
E.在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大。
10.细分驱动器的细分数是否能代表精度?
步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术（请参考有关文献），其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。
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臵为4，那么电机的运转分辨率为每个脉冲0.45°，电机的精度能否达到或接近0.45°，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。
不同厂
家的细分驱动器精度可能差别很大；细分数越大精度越难控制。
11.四相混合式步进电机与驱动器的串联接法和并联接法有什么区别?
四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此，连接时可以采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。
12.如何确定步进电机驱动器的直流供电电源?
A.电压的确定
混合式步进电机驱动器的供电电源电压一般是一个较宽的范围（比如IM483
的供电电压为12～48VDC），电源电压通常根据电机的工作转速和响应要
求来选择。
如果电机工作转速较高或响应要求较快，那么电压取值也高，但
注意电源电压的纹波不能超过驱动器的最大输入电压，否则可能损坏驱动器。
B.电流的确定
供电电源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。
13.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信号臵低，使电机脱机，进行手动
操作或调节。
手动完成后，再将FREE信号臵高，以继续自动控制。
14.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。