步进电动机的结构与工作原理
步进电机的工作原理
优选步进电机的工作原理
步进电动机的工作原理与特点
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，改变转动方向。 (4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比.
系称为矩频特性
特点：
步进电动机矩频特性
下降曲线。以最 大负载转矩（启 动转矩）Tq为起 点，随着控制脉 冲频率增加，步 进电动机的转速 逐步升高、而带 负载能力却下降
A
B'
C'
C
B
A'
B相通电，转子2、4齿 和B相轴线对齐，相对 A相通电位置转30；
A
B'
C'
C
B
A'
C相通电再转30
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。
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。
步进电机的种类：
通常按励磁方式分为三大类： 1）反应式：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应 用最广。 2）永磁式：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)： 开小齿，混合反应式与永磁 式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。
以反应式为例说明步进电机的结构和原理
（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。
二、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。
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°。
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。
步进马达工作原理
步进电机工作原理步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械转动的电动机。
它具有精确的位置控制、高转矩和快速响应的特点，被广泛应用于自动化控制系统中。
步进电机的工作原理基于磁场与电流之间的相互作用。
它由一个或多个定子线圈和一个旋转的转子组成，通过控制定子线圈通电和断电来实现精确的旋转运动。
1. 简介步进电机可以分为两种类型：永磁式步进电机和混合式步进电机。
永磁式步进电机由一个旋转的永磁体和一组定子线圈组成，通过改变定子线圈中的电流方向来控制旋转方向。
混合式步进电机结合了永磁式和可变磁阻式两种原理，具有更高的分辨率和更大的扭矩。
2. 工作原理步进电机通过在定子线圈中施加脉冲信号来实现旋转运动。
每个脉冲信号使得定子线圈中产生一个特定的磁场方向，这个磁场将与转子上的磁场相互作用，从而产生转矩。
步进电机的转子上通常有一组磁极，每个极对应一个角度。
当脉冲信号施加在定子线圈上时，定子线圈中的电流会在磁铁中产生一个特定的磁场。
这个磁场与转子上的磁极相互作用，使得转子旋转到一个新的角度。
3. 步进角和步进模式步进电机的旋转是按照一定的角度进行的，这个角度称为步进角。
步进角取决于步进电机的结构和驱动方式。
常见的步进电机有1.8度、0.9度和0.45度等。
步进电机可以以不同的方式工作，称为步进模式。
常见的步进模式有全步进模式（Full Step）、半步进模式（Half Step）和微步进模式（Microstep）等。
在全步进模式下，每个脉冲信号使得转子旋转一个完整的步进角；在半步进模式下，每个脉冲信号使得转子旋转半个步进角；在微步进模式下，每个脉冲信号使得转子旋转一个更小的角度。
4. 驱动电路步进电机需要一个驱动电路来控制定子线圈的通断。
常见的驱动电路有双极性和单极性两种。
双极性驱动电路使用H桥电路来实现正反转。
它通过控制四个开关的状态来改变定子线圈中的电流方向，从而控制旋转方向。
双极性驱动电路简单可靠，适用于大多数步进电机。
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
步进电机控制技术
四、反应式步进电机的特性
动态稳定区：(-π+θse)<θ<(π+θse) a点与OA点之间的夹角θr称为稳定裕度(或裕量角)。裕量
角越大，电动机运行越稳定。
r se
2 Z r (mC 2) mZ r C mC
由上式可见，C=1时，反应式步进电动机的相数最少为3。 电动机的相数越多，步距角越小，相应的稳定裕度越大，运
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构 和工作原理。
一、步进电机简介及结构
步进电动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、四个磁极 。
定子绕组
定子
转子
一、步进电机简介及结构
A IA
定子 转子
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 电动机通的是直流 IB B 电脉冲，这主要是 指线圈的联接和组 数的区别。
冲的最高频率，它是步进电动机的一项重要技术指标。它的大小与电机本 身的参数、负载转矩、转动惯量及电源条件等因素有关，它是衡量步进电
动机快速性的重要技术指标。
1)按能起动的最短脉冲间隔时间tf便可决定电动机的起动频率fst，则 fst=1/tf
2)起动频率fst的大小与电动机的步距角θS有关。
3)电动机的最大静转矩Tsm越大，作用于电动机转子上的电磁转矩也越大， 使加速度越大，转子达到动稳定区所需时间也就越短，起动频率fst越高。
二、步进电机工作方式
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' 4 1 2 3 A'
第九章-步进电动机传动控制系统
是电机作单步运动
所能带动的极限负载，也称为极限启动转矩。实际电机所 带的负载转矩TL必须小于极限启动转矩才能运行，即电机 所带负载的阻转矩 TL＜
Tst
步距角减少可使相邻矩角特性位移减少， 就可提高极限
启动转矩Tst，增大电机的负载能力。三相六拍时，矩角特
性幅值不变，而步距角小了一半，故极限启动转矩。
(b) (c) 图 三相六拍运行 (a) A相通电； (b) A、 B相通电；(c) B相通电 第8 页
(a)
③三相双三拍运行
通电方式AB→BC→CA→AB‥，一拍转过30 °。
9
步进电动机的结构
10
转子齿数 齿距角
z表示.
转子相邻两齿间的夹角，用θ z 表示。 z 拍和步距角
Tst 时，A相通电时，转子处于a”点；改由B相通电 情况2：负载转矩 TL
时，转子不能前进。
图9.6 最大负载能力的确定
25
•最大负载转矩（起动转矩）
步进电动机在步进运行时所能带动的最大负载，可由相邻
Tst
两条矩角特性交点所对应的电磁转矩
相邻矩角特性的交点所对应的转矩
Tst
来确定。
T A T sm sin e
则B通电时，距角特性为
T B T sm sin( e 120 )
图 A相、B相定子齿相对转子齿的位置
21
当A、B两相同时通电时合成矩角特性应为
T A B T A T B T sm sin e T sm sin( e 120 ) T sm sin( e 60 )
使各相电流平衡。
VD2及Rf2作用是构成续流电路。
这种电源效率较高，起动和运行频 率也比单一电压型电源要高。
简述反应式步进电动机的工作原理是什么
简述反应式步进电动机的工作原理是什么
反应式步进电动机是一种常见的电动机类型，其工作原理较为特殊。
这种电动机通过不同相的电磁线圈交替通电来实现电机转动，从而完成精确的位置控制。
其原理可以简述如下：
首先，反应式步进电动机由定子和转子两部分构成，定子内包含若干个电磁线圈，而转子则是带有永久磁铁的转动部分。
当电流通过定子中的某一电磁线圈时，该线圈会产生一个磁场。
而转子上的永久磁铁会受到这个磁场的作用，从而使转子产生一个力矩，试图将其旋转以对齐磁场。
这样，电磁线圈和永久磁铁之间就形成了一种相互作用力，驱动转子旋转。
要实现电机的步进运动，就需要将各个电磁线圈按照一定的顺序依次通电。
通过依次激活这些线圈，可以使得转子按照精确的步进角度进行旋转，从而实现位置控制。
控制通电顺序的电路系统可以根据需求进行设计，以满足不同应用场景对步进电动机的要求。
反应式步进电动机的工作原理简单清晰，且结构相对较简单，使其在许多领域都有着广泛的应用。
例如在打印机、数控机床、机器人等领域，步进电动机都是一种常见的驱动设备。
其高精度的位置控制能力，使得其在需要准确控制位置和速度的场合具有明显的优势。
总的来说，反应式步进电动机通过不同相的电磁线圈交替通电，利用电磁力驱动转子旋转，从而实现精确的步进运动。
其简单的结构和精准的位置控制能力，使其成为许多自动化系统中不可或缺的重要组成部分。
1。
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步进电动机的结构与工作原理
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。
步进电动机
步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。
主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。
步进电动机的特点：
(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。
步进电动机的种类
根据励磁式方式的不同分为：反应式、永磁式和混合式（又叫感应子式）三种。
反应式步进电机的应用较多。
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。
图7-20 （a）三相反应式步进电动机工作原理图
A 相通电，A 方向的磁通经转子形成闭合回路。
若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，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。
图7-20 （b）三相反应式步进电动机工作原理图
同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30；
图7-20 （c）三相反应式步进电动机工作原理图
最后，C相通电，转子1、3齿和C相轴线对齐，相对B相通电比较，转子再次转动30。
步进电动机的结构
步进机主要由两部分构成：定子和转子。
它们均由磁性材料构成，以三相为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极。
步进电动机结构简图
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。
图7-22 三相反应式步进电动机结构原理图
步进电动机工作方式
(以三相步进电机为例)步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相六拍、三相双三拍等。
一、三相单三拍
三相绕组中的通电顺序为：
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。
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b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。