第六章步进电动机
合集下载
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
数控技术及应用第6章 数控机床的电气驱动-步进电动机
工作方式
步进电机的工作方式可分为：三相单三拍；三相单、 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 双六拍；三相双三拍等。“单”是指每次只有一相 绕组通电，“三拍”是指每三次换接为一个循环。
一、三相单三拍
（1）三相绕组联接方式：Y 型 三相绕组联接方式： （2）三相绕组中的通电顺序为： 三相绕组中的通电顺序为： A相 → B相 → C相 通电顺序也可以为： 通电顺序也可以为： A 相 → C 相→ B 相
A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。 相通电使转子1 对齐。
A
B'
A C' B
B'
C' B
A'
C
A'
C
B相通电，转子2、4齿 相通电，转子 、 齿 相通电 相轴线对齐， 和B相轴线对齐，相对 相轴线对齐 A相通电位置转 °； 相通电位置转30° 相通电位置转
C相通电再转 ° 相通电再转30° 相通电再转
（3）工作过程 ） A 相通电，A 方向的磁 相通电，
A
B' 4 1 2 3 A'
通经转子形成闭合回路。 通经转子形成闭合回路。
C' B
若转子和磁场轴线方向 原有一定角度， 原有一定角度，则在磁 场的作用下，转子 场的作用下，
C
被磁化，吸引转子， 被磁化，吸引转子，由于磁力线总是要通过磁 阻最小的路径闭合， 阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产 生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使转、 生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使转、 定子的齿对齐停止转动。 定子的齿对齐停止转动。
2、步进电动机
工作原理： 工作原理 ： 步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲 脉冲 线位移或角位移的电动机。每来一个 信号转换成线位移或角位移 线位移或角位移 信号 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小 段距离。 特点： 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。
第六章 步进电动机
3 步进电动机
步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲 信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉 冲，步进电机转动一定角度，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，可改变转动方向。
由于步进电动机的这一工作职能正好符合 数字控制系统要求，因此它在数控机床、钟表工 业及自动记录仪等方面都有很广泛的应用
三相反应式步进电动机的原理结构图如下： IA A 定子内圆周 定子 均匀分布着六个 磁极，磁极上有 励磁绕组，每两 个相对的绕组组 成一相。采用Y IB B 连接，转子有四 个齿。
转子
IC C
1.工作原理
由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合， 因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转 矩，使转子转动。
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。 （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。
缺点：每次只有一相控制线圈通电吸引转子，容 易使转子在平衡位置附近产生震荡，对电路的控 制要求高。
（2）A 相断电、B 相通电后，转子只需转过1/3个
齿（3），使 B 相转子、定子对齐。 同理，C 相通电再转3 …… 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 。 异步机的转动方向仍由相序决定。
步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为 步距角。 步距角
360 如：Zr=40 , m=3 时 S 3 40 3
步进电动机的输出转矩与脉冲频率的函数关系称为矩频特性。
实验六 步进电动机实验
实验六步进电动机实验一、实验目的1、通过实验加深对步进电动机的驱动电源和电机工作情况的了解。
2、掌握步进电动机基本特性的测定方法。
二、预习要点1、了解步进电动机的工作情况和驱动电源步进电动机有哪些基本特性？怎样测定？三、实验项目图1为步进电机控制器和步进电机实验台之间的连线图步进电机控制器步进电机实验台24V0A AB BC C图1 步进电机实验连线图1、单步运行状态接通电源，将控制器系统设置于单步运行状态，或复位后，按执行键，步进电机走一步距角，绕组相应的发光管发亮，再不断按执行键，步进电机转子也不断步进运动。
改变电机转向，电机作反向步进运动。
2、角位移和脉冲数的关系控制系统接通电源，设置好预置步数，按执行键，电机运转，观察并记录电机偏转角度，再重设置另一置数值，按执行键，观察并记录电机偏转角度于表1中，并利用公式计算电机偏置较大与实际值是否一致。
表1 角位移和脉冲数的关系序号步数实际电机偏转角度理论电机偏转角度123、空载突跳频率的测定控制系统置连续运行状态，按执行键，电机连续运转后，调节速度调节旋钮使频率提高至某频率（自动指示当前频率）。
按设置键让步进电机停转，再从新启动电（按执行键），观察电机能否运行正常，如正常，则继续提高频率，直至电机不失步启动的最高频率，则该频率为步进电机的空载突跳频率。
记为Hz。
4、空载最高连续工作频率的测定步进电机空载连续运转后，缓慢调节速度调节旋钮使频率提高，仔细观察电机是否不失步，如不失步，则再缓慢提高频率，直至电机能连续运转的最高频率，则该频率为步进电机空载最高连续工作频率。
记为Hz。
5、转子振动状态的观察步进电机空载连续运转后，调节并降低脉冲频率，直至步进电机声音异常或出现电机转子来回偏摆即为步进电机的振荡状态。
6、定子绕组中电流和频率的关系在步进电机电源的输出端串联一只直流电流表（注意+、-端）使步进电机连续运转，由低到高逐渐改变步进电机的频率，读取并记录6组电流表的平均值、频率值于表2中表2 定子绕组电流和频率的关系序号 1 2 3 4 5 6f(Hz)I(A)7、平均转速和脉冲频率的关系接通电源，将控制系统设置于连续运转状态，再按执行键，电机连续运转，改变速度调节旋钮，测量频率f与对应的转速n，即n＝f（f）。
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
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。
步进电动机课件ppt
机械特性
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
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
步进电动机
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。
8、电机正反转控制： 当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA或()时为正转，通电时序为DA-CD-BC-AB或()时为反转。
步进电动机作为执行元件，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，步进电动机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
（二）感应子式步进电动机
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。
8、电机正反转控制： 当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA或()时为正转，通电时序为DA-CD-BC-AB或()时为反转。
步进电动机作为执行元件，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，步进电动机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
（二）感应子式步进电动机
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2、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。
（1）、三相单三拍
（a）三相绕组联接方式：Y 型 （b）三相绕组中的通电顺序为：
A相B相C相
通电顺序也可以为： A 相 C 相 B 相
（c）工作过程
A
B' 1 C'
42
C 3B
A'
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
采用查表或计算的方法使计算机的三个输出引脚依次输出满足速度和
方向要求的环形分配脉冲信号。 这种方法能充分利用计算机软件资
源，减少硬件成本， 尤其是多相电动机的脉冲分配更能显示出这种
分配方法的优点。 但由于软件运行会占用计算机的运行时间， 因而
会使插补运算的总时间增加， 从而影响步进电动机的运行速度。
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。
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。
三相反应式步进电动机的原理结构图如下：
转子
IA
A
IC C
定子内圆周 定子 均匀分布着六个
磁极，磁极上有
励磁绕组，每两
个相对的绕组组
IB
成一相。采用Y B 连接，转子有四
个齿。
1.工作原理 由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，
因此会在磁力线扭曲时产生切向力，而形成磁阻转 矩，使转子转动。
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：
360
Zrm
—步距角
Zr —转子齿数 m —每个通电循环周期的拍数
实用步进电机的步距角多为3和1.5 。为了 获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的， 如教材图10.4.4所示。图中转子表面有40个齿，
齿距角是9；定子仍是 6个磁极，但每个磁极表 面加工有五个和转子一样的齿。
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。
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)。
与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更 小，更适用于需要精确定位的控制系统中。
应用：步进电动机的应用非常广泛，如各种数控 机床、自动绘图仪、机器人等。
数控 装置
步进 电动机
电位器
步进电动机根据数控装置
发出的指令带动电位器的
动触电转动，使其偏离中
点产生电位差，经放大后
放大器 机械手
电液 伺服阀
液压缸
控制伺服阀的开口量，压力油经阀口进入油缸，使 机械手按照存储在数控装置中的指令动作。
•
另一种是硬件环形分配， 采用
数字电路搭建或专用的环形分配器件将
连续的脉冲信号经电路处理后输出环形
脉冲。 采用数字电路搭建的环形分配器
通常由分立元件（如触发器、 逻辑门等）
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
AB通电
BC通电
A
B'
C'
C
B
A'
CA通电
工作方式为三相双三 拍时，每通入一个电 脉冲，转子也是转
30，即 S = 30。
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。
（3）、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。
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。
1、 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，其上分别有六个、四个磁极 。
定子绕组
定子
转子
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。
3. 三相双三拍 按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通
电。每拍有两相绕组同时通电。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
AB通电
动画
BC通电
CA通电
与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循 环周期也分为三拍。每拍转子转过30 (步距角)， 一个通电循环周期(3拍)转子转过90(齿距角)。
二、步进电动机的脉冲分配器
步进电动机的脉冲分配器可由硬件或软件方法来实现。 硬件环形分配器：由计数器等数字电路组成的。有较好的响应
速度，且具有直观、维护方便等优点。 软件环分：由计算机接口电路和相应的软件组成的。受到微型
计算机运算速度的限制，有时难以满足高速实时控制的要求。 1.硬件环形分配器
图 6-17 开环步进电动机控制系统框图
第六章 步进电动机
张若凤
步进电动机概述
机理
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。
种类：
有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步 进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子 上没有励磁线圈。
工作过程：
A B' 1 C'
42
C 3B
A'
A相通电，转子1、3齿和A相对齐。
A、B相同时通电
A
B'
C'
C
B
A'
（1）BB' 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。
（2）AA' 磁场继续对1、3齿有拉力。
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°。
B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。
按AB C A ……的顺序给三相绕组 轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转
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)。
2. 三相六拍
按AAB B BC C CA的顺序给三相 绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制 特性。
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。
缺点：每次只有一相控制线圈通电吸引转子，容 易使转子在平衡位置附近产生震荡，对电路的控 制要求高。
（2）、三相双三拍
三相绕组的通电顺序为： AB BC CA AB 共三拍。
（2）A 相断电、B 相通电后，转子只需转过1/3个 齿（3），使 B 相转子、定子对齐。 同理，C 相通电再转3 ……
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 。
异步机的转动方向仍由相序决定。
步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为 步距角。
步距角
S
360 Zrm
m:一个周期的运行拍数 Zr：转子齿数
如：Zr=40 ,
m=3 时
S
360 40 3
3
转速
n 60 f s
360
f：电脉冲的频率
4、步进电机的应用
步进电动机是用脉冲信号控制的，一周的步数 是固定的，只要不丢步，角位移误差不存在长期 积累的情况，主要用于数字控制系统中，精度高， 运行可靠。如采用位置检测和速度反馈，亦可实 现闭环控制。
A
B' 1 C'
42
C 3B A'
A
B'
C'
C
B
A'
动画 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。
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。
(2) 控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3) 改变脉冲顺序，可改变转动方向。
由于步进电动机的这一工作职能正好符合 数字控制系统要求，因此它在数控机床、钟表工 业及自动记录仪等方面都有很广泛的应用
3 步进电动机
种类：励磁式和反应式两种。 区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，