步进电机详细介绍
步进电机发展史
步进电机发展史引言步进电机是一种将电脉冲转化为机械运动的电机，具有精确定位、结构简单、体积小等特点，在自动化控制领域得到广泛应用。
本文将从步进电机的起源、发展、应用等方面进行介绍。
一、步进电机的起源步进电机的起源可追溯到19世纪末的欧洲。
当时，科学家们开始研究如何利用电力驱动机械运动。
1882年，法国科学家Paul-Gustave Froment发明了第一台电磁式步进电机，它利用电磁铁产生的磁力来推动转子旋转。
此后，步进电机的概念逐渐被人们认可，并在不同领域得到了应用。
二、步进电机的发展1. 电磁式步进电机电磁式步进电机是最早应用的一种步进电机，它利用电流通过线圈产生的磁场来推动转子运动。
20世纪初，电磁式步进电机得到了进一步的发展和改进，例如增加线圈数目、改善磁路结构等，使其性能和精度有了显著提升。
2. 磁滞式步进电机磁滞式步进电机是20世纪40年代出现的一种新型步进电机。
它采用了磁化和磁滞现象来推动转子运动，具有响应速度快、力矩大、噪音低等优点。
磁滞式步进电机的出现使步进电机在工业自动化领域得到了更广泛的应用。
3. 混合式步进电机混合式步进电机是20世纪60年代出现的一种新型步进电机。
它结合了电磁式步进电机和磁滞式步进电机的优点，具有高精度、高扭矩和低噪音等特点。
混合式步进电机的出现推动了步进电机在精密仪器、医疗设备、数控机床等领域的广泛应用。
4. 直线步进电机直线步进电机是21世纪初出现的一种新型步进电机。
与传统的旋转步进电机不同，直线步进电机的转子是直线运动的，可用于实现直线定位和运动控制。
直线步进电机具有高精度、高速度和高加速度等优点，广泛应用于机器人、印刷设备、光刻机等领域。
三、步进电机的应用步进电机的应用领域非常广泛，包括但不限于以下几个方面：1. 机床行业：步进电机广泛应用于数控机床、激光切割机、雕刻机等设备，用于实现精密定位和运动控制。
2. 自动化设备：步进电机被广泛应用于自动包装机、输送机、机械手臂等设备，用于实现物料输送和自动化操作。
步进电机应用及特点
步进电机应用及特点
步进电机是一种精密电动机，具有许多特点。
本文将围绕步进电机的
应用和特点展开讨论。
一、步进电机的应用
步进电机因其精度高、定位准确、摆动小、可靠性好等特点，在工控、机器人、医疗设备等行业得到广泛应用。
现阐述其具体应用如下：
1. 工业自动化：步进电机可以与传感器、电子尺等联动，实现产品自
动输送、定位、排序等功能。
2. 3D打印：步进电机可以控制打印头运动，实现多维度打印。
3. 摄影设备：步进电机可用于导轨和云台的控制，实现时间轴延时摄
影等功能。
4. 医疗设备：步进电机具有精准定位的特点，在医疗设备中可用于手
术机器人、影像设备等。
5. 家电行业：步进电机被广泛应用于各类家电产品中，如汲水泵、洗
衣机等。
二、步进电机的特点
步进电机由于其特殊的建构，具有许多特点。
现详细介绍其特点如下：
1. 精度高：步进电机的转动可达到微米级精度，定位准确。
2. 控制方式多样：步进电机的控制方式主要有全步、半步、微步等。
不同控制方式运动效果不同，可以根据需求进行调整。
3. 静音运行：步进电机运转时噪声小，能够使设备运行更加安静。
4. 输出转矩大：在一定条件下，步进电机高速运转时可承受较大的负载。
5. 体积小、重量轻：步进电机通常体积小，重量轻，安装维护方便。
综上所述，步进电机应用广泛，既可以实现一些定位、传动功能，又可以在一些特殊领域中起到比较重要的作用。
同时，步进电机具有精度高、控制方式多样、静音运行、输出转矩大、体积小、重量轻等特点，因此得到了越来越多的应用和推广。
步进电机的工作原理
步进电机的工作原理步进电机是一种常用的电机类型，其工作原理是通过电磁定位原理和磁场切换实现转动。
步进电机具有精度高、输出扭矩大、运行顺畅等特点，被广泛应用于各种机械设备和工业自动化系统中。
以下是关于步进电机工作原理的详细介绍。
一、电磁定位原理1.1 电磁定位的基本概念电磁定位是步进电机的核心工作原理，它通过控制电流大小和方向来实现电机的定位和转动。
在步进电机中，电流会通过定子和转子之间的绕组，产生磁场力，从而导致转子的运动。
1.2 磁铁和绕组步进电机通常由铁芯、定子和转子组成。
铁芯上有多个绕组，根据需要可以有两个或更多的绕组。
每个绕组中都有导线通过，并与电源或驱动器连接。
磁铁在步进电机中产生磁场，并对绕组中的电流产生作用力。
二、步进电机的工作步骤2.1 单相步进电机单相步进电机是最简单的一种步进电机类型。
其工作步骤如下：Step 1: 激励绕组1，使得绕组1中的电流通过，产生一个磁场作用于转子，使转子对齿相互吸引；Step 2: 关闭绕组1，激励绕组2，使得绕组2中的电流通过，改变磁场的方向，转子向前进一步；Step 3: 重复以上步骤，不断改变绕组的激励，使转子一步步旋转。
2.2 双相步进电机双相步进电机相对于单相步进电机而言，在工作步骤上更复杂一些。
其工作步骤如下：Step 1: 激励绕组A，使得绕组A中的电流通过，产生一个磁场作用于转子，使转子对齿相互吸引；Step 2: 关闭绕组A，激励绕组B，使得绕组B中的电流通过，改变磁场的方向，转子向前进一步；Step 3: 同时激励绕组A和绕组B，使得两个绕组中的电流通过，产生一个磁场，转子继续向前进一步；Step 4: 关闭绕组B，继续激励绕组A，使得绕组A中的电流通过，改变磁场的方向，转子继续向前进一步；Step 5: 重复以上步骤，依次改变绕组的激励，使转子一步步旋转。
三、步进电机的驱动方法3.1 单相驱动单相驱动是最简单的步进电机驱动方法，它只需要通过控制绕组的电流来实现转子的转动。
步进电机的原理
步进电机的原理
步进电机是一种通过电信号控制转子按一定步长运动的电机。
其工作原理是将电信号转化为磁场，进而驱动转子。
步进电机通常由定子和转子组成。
定子含有若干绕组，每个绕组在电流作用下产生磁场。
转子上有多对永磁体，其磁极数目与定子绕组数目相一致。
当给定子绕组通电时，会在定子上产生磁场，这个磁场会吸引转子上的永磁体，使转子翻转一定的角度。
通过改变定子绕组通电的顺序和时间，可以控制转子按一定步长顺时针或逆时针旋转。
步进电机一般由驱动器和控制器配合使用。
驱动器将控制器发送的电信号转换为合适的电流和电压，以驱动步进电机。
控制器根据需要设定转子运动的步长和方向，并发出相应的电信号给驱动器。
步进电机具有精准定位、运动平稳等特点，适用于需要精确控制位置和转速的设备。
它被广泛应用于打印机、数控设备、机器人、电子仪器等领域。
步进电机型号参数选择
步进电机型号参数选择步进电机是一种能将数字脉冲信号转换为角位移或直线位移的电机。
它通过控制电流的连续变化实现位置控制，具有精度高、稳定性好、启停速度快等优点。
步进电机在许多领域中广泛应用，包括机械、电子设备、医疗器械等。
本文将介绍几种常见的步进电机型号、参数和选择方法。
一、步进电机型号1.42型步进电机42型步进电机是一种直径为42mm的经典步进电机。
它由两相或四相线圈组成，每一相的线圈可以通过一个电流控制芯片驱动。
42型步进电机具有结构简单、驱动电流小、噪音低等特点，广泛应用于一些小型机械设备中。
2.57型步进电机57型步进电机是一种直径为57mm的步进电机。
它由四相线圈组成，每一相的线圈可以通过一个电流控制芯片驱动。
57型步进电机具有结构稳定、扭矩输出大、运行平稳等特点，广泛应用于一些需要较大扭矩输出的场合。
3.86型步进电机86型步进电机是一种直径为86mm的大功率步进电机。
它由四相线圈组成，每一相的线圈可以通过一个电流控制芯片驱动。
86型步进电机具有功率大、运行平稳等特点，广泛应用于一些需要大功率输出的机械设备。
二、步进电机参数1.步距角：步进电机通常以步距角来描述，它表示每次接收一个脉冲信号时电机转动的角度。
常见的步距角有1.8度型和0.9度型。
1.8度型步进电机每个步距可以转动1.8度，0.9度型步进电机则可以转动0.9度。
2.额定电流：步进电机的额定电流是指电机在正常工作时所需的电流大小。
一般来说，额定电流越大，电机的输出扭矩就越大，但也会产生更多的热量。
3.驱动电压：步进电机的驱动电压是指电机在正常工作时所需的电压大小。
一般来说，驱动电压越高，电机的运行速度就越快，但也会增加驱动电路的复杂度。
4.静态扭矩：步进电机的静态扭矩是指在停止时所能提供的最大转矩。
它通常与步进电机的物理结构和线圈参数有关。
5.转动惯量：步进电机的转动惯量是指电机转动一定角度所需的转动力矩大小。
它通常与电机的转子质量和转子结构有关。
步进电机工作原理
步进电机工作原理步进电机是一种常见的电机类型，具有精准的定位和旋转控制能力。
它适用于各种应用领域，如打印机、数控机床、机器人等。
本文将介绍步进电机的工作原理，从电机结构到控制方式进行详细描述。
一、电机结构与原理步进电机由定子和转子组成。
定子是由电磁线圈和磁铁组成的，而转子是由多个磁性极对组成的。
当电流通过定子线圈时，将会产生一个旋转磁场。
转子中的磁性极对会受到这个磁场的作用，从而实现旋转运动。
电机的旋转是通过按照一定的步进角度进行控制的。
步进角度是指每一次控制电机旋转所需的最小角度。
常见的步进角度有1.8度和0.9度。
步进角度越小，电机的旋转分辨率越高。
二、工作原理步进电机有两种基本的工作方式：全步进和半步进。
下面将分别介绍这两种工作方式的原理。
1. 全步进工作方式全步进工作方式是指每一次控制电机旋转一个步进角度。
控制电机旋转的方式有两种：单相励磁和双相励磁。
单相励磁是指在每一次步进中，只有一个定子线圈被激活，产生一个旋转磁场。
通过依次激活不同的定子线圈，可以使电机旋转。
双相励磁是指在每一次步进中，有两个定子线圈被同时激活，分别产生两个旋转磁场。
通过依次激活不同的定子线圈组合，可以使电机旋转。
2. 半步进工作方式半步进工作方式是指每一次控制电机旋转半个步进角度。
在半步进工作方式下，电机可以通过改变励磁的方式来实现更精确的控制。
半步进工作方式可以通过以下步骤来实现：1) 单相励磁：激活一个定子线圈，旋转一个步进角度。
2) 双相励磁：激活两个定子线圈，旋转一个步进角度。
3) 单相反向励磁：激活一个定子线圈，旋转一个步进角度。
4) 双相反向励磁：激活两个定子线圈，旋转一个步进角度。
通过以上步骤轮流执行，可以实现电机的半步进控制。
三、控制方式步进电机的控制方式通常有两种：开环控制和闭环控制。
开环控制是最常见的控制方式，即根据需要旋转的步进角度依次激活相应的定子线圈。
这种控制方式简单、成本低，但在运动精度和速度响应上有一定的限制。
步进电机控制方法
步进电机控制方法步进电机是一种常见的电动执行器，广泛应用于各个领域的控制系统中。
它具有结构简单、控制方便、定位精度高等优点，是现代自动化控制系统中必不可少的重要组成部分。
本文将从基本原理、控制方法、应用案例等方面对步进电机进行详细介绍。
1. 基本原理步进电机是一种通过输入控制信号使电机转动一个固定角度的电机。
其基本原理是借助于电磁原理，通过交替激励电机的不同线圈，使电机以一个固定的步距旋转。
步进电机通常由定子和转子两部分组成，定子上布置有若干个线圈，而转子则包含若干个极对磁体。
2. 控制方法步进电机的控制方法主要包括开环控制和闭环控制两种。
开环控制是指根据既定的输入信号频率和相位来驱动电机，控制电机旋转到所需位置。
这种方法简单直接，但存在定位误差和系统响应不稳定的问题。
闭环控制则是在开环控制的基础上，增加了位置反馈系统，通过不断校正电机的实际位置来实现更精确的控制。
闭环控制方法相对复杂，但可以提高系统的定位精度和响应速度。
3. 控制算法控制步进电机的常用算法有两种，一种是全步进算法，另一种是半步进算法。
全步进算法是指将电流逐个向电机的不同线圈通入，使其按照固定的步长旋转。
而半步进算法则是将电流逐渐增加或减小，使电机能够以更小的步长进行旋转。
半步进算法相对全步进算法而言，可以实现更高的旋转精度和更平滑的运动。
4. 应用案例步进电机广泛应用于各个领域的控制系统中。
例如，在机械领域中，步进电机被用于驱动数控机床、3D打印机等设备，实现精确的定位和运动控制。
在医疗设备领域，步进电机被应用于手术机器人、影像设备等，为医疗操作提供准确定位和精确运动。
此外，步进电机还广泛应用于家用电器、汽车控制、航空航天等领域。
总结：步进电机作为一种常见的电动执行器，具有结构简单、控制方便、定位精度高等优点，在自动化控制系统中扮演着重要的角色。
通过本文的介绍，我们了解到步进电机的基本原理、控制方法、算法以及应用案例等方面的知识。
步进电机型号及参数
步进电机型号及参数1. 引言步进电机是一种常见的电机类型，常用于需要精确运动控制的设备中，如3D打印机、CNC机床等。
本文将介绍步进电机的常见型号及其参数。
了解步进电机的型号和参数对于选择合适的电机非常重要。
2. 型号分类步进电机有多种不同的型号，按照外形、尺寸和电气特性等方面可以进行分类。
常见的步进电机型号包括以下几种：2.1 2相步进电机2相步进电机是最常见的步进电机类型之一。
它包括4个线圈，每个线圈可以由驱动器单独控制，可以实现更精确的旋转控制。
2相步进电机的精度和控制性很高，但相对较贵。
2.2 5相步进电机5相步进电机是一种特殊的步进电机，它包括5个线圈。
相比于2相步进电机，5相步进电机具有更高的分辨率和更平滑的运动。
由于多个线圈的控制，5相步进电机通常可以更准确地定位。
2.3 3D打印机专用步进电机3D打印机专用步进电机一般是为了满足3D打印机高速、高精度的运动要求而设计的。
这些电机通常具有较低的噪音和振动。
常见的型号包括NEMA 17和NEMA 23等。
3. 参数介绍无论是哪种型号的步进电机，都具有一些常见的参数，下面将介绍一些常见的步进电机参数：3.1 步角步角是步进电机旋转一步所需的角度。
通常，步进电机的步角为1.8度，也有一些特殊的步进电机具有0.9度的步角。
步角越小，电机的分辨率越高。
3.2 额定电压和电流额定电压和电流是步进电机正常工作时的电压和电流。
选择适当的额定电压和电流可以保证步进电机的正常运行和寿命。
3.3 扭矩扭矩是步进电机输出的力矩大小。
通常，步进电机的扭矩与电流成正比，但也受到一些其他因素的影响，如电机的设计和进一步细分等。
3.4 驱动方式步进电机的驱动方式包括全步进驱动和细分驱动。
全步进驱动是最常见的驱动方式，它将电流以全功率施加到单个线圈上，能够提供最大的扭矩。
细分驱动将输入电流细分为更小的步进，能够提供更平滑、精确的运动。
4. 总结本文介绍了步进电机的常见型号及其参数。
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步进电机
步进电动机就是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移得机电元件。
步进电动机得输入量就是脉冲序列,输出量则为相应得增量位移或步进运动。
正常运动情况下,它每转一周具有固定得步数;做连续步进运动时,其旋转转速与输入脉冲得频率保持严格得对应关系,不受电压波动与负载变化得影响。
由于步进电动机能直接接受数字量得控制,所以特别适宜采用微机进行控制。
(一)步进电机得种类
目前常用得有三种步进电动机:
(1)反应式步进电动机(VR)。
反应式步进电动机结构简单,生产成本低,步距角小;
但动态性能差。
(2)永磁式步进电动机(PM)。
永磁式步进电动机出力大,动态性能好;但步距角
大。
(3)混合式步进电动机(HB)。
混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两
者得优点,它得步距角小,出力大,动态性能好,就是目前性能最高得步进电动机。
它有时也称作永磁感应子式步进电动机。
(二)步进电动机得工作原理
图X1三相反应式步进电动机结构示意图
1——定子2——转子3——定子绕组
图x1就是最常见得三相反应式步进电动机得剖面示意图。
电机得定子上有六
个均布得磁极,其夹角就是60º。
各磁极上套有线圈,按图1连成A、B、C三相
绕组。
转子上均布40个小齿。
所以每个齿得齿距为θE=360º/40=9º,而定子每个磁极得极弧上也有5个小齿,且定子与转子得齿距与齿宽均相同。
由于定子与转子得小齿数目分别就是30与40,其比值就是一分数,这就产生了所谓得齿错位得情况。
若以A相磁极小齿与转子得小齿对齐,如图,那么B相与C相磁极得齿就会分别与转子齿相错三分之一得齿距,即3º。
因此,B、C极下得磁阻比A 磁极下得磁阻大。
若给B相通电,B相绕组产生定子磁场,其磁力线穿越B相磁极,并力图按磁阻最小得路径闭合,这就使转子受到反应转矩(磁阻转矩)得作用而转动,直到B磁极上得齿与转子齿对齐,恰好转子转过3º;此时A、C磁极下得齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。
接着停止对B相绕组通电,而改为C相绕组通电,同理受反应转矩得作用,转子按顺时针方向再转过3º。
依次类推,当三相绕组按A→B→C→A顺序循环通电时,转子会按顺时针方向,以每个通电脉冲转动3º得规律步进式转动起来。
若改变通电顺序,按A→C→B→A顺序循环通电,则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动3º得规律转动。
因为每一瞬间只有一相绕组通电,并且按三种通电状态循环通电,故称为单三拍运行方式。
单三拍运行时得步矩角θb为30º。
三相步进电动机还有两种通电方式,它们分别就是双三拍运行,即按AB→BC→CA→AB顺序循环通电得方式,以及单、双六拍运行,即按A→AB →B→BC→C→CA→A顺序循环通电得方式。
六拍运行时得步矩角将减小一半。
反应式步进电动机得步距角可按下式计算:
θb=360º/NE r (x-1) 式中E r——转子齿数, N——运行拍数,N=km,m为步进电动机得绕组相数,k=1或2。
(三)步进电动机得特性
(1)步进电动机必须加驱动才可以运转,驱动信号必须为脉冲信号,没有脉冲信号得时候,步进电动机静止,如果加入适当得脉冲信号,就会以一定得角度(称为步角)转动。
转动得速度与脉冲得频率成正比。
(2)步进电机具有瞬间启动与急速停止得优越特性。
(3)改变脉冲得顺序,可以方便得改变转动得方向。
(四)步进电动机得驱动方法
步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作,而必须使用专用得步
进电动机驱动器,如图x2所示,它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。
图中点划线所包围得二个单元可以用微机控制来实现。
驱动单元与步进电动机直接耦合,也可理解成步进电动机微机控制器得功率接口,这里予以简单介绍。
图x2步进电动机驱动控制器
(1)单电压功率驱动接口
实用电路如图3所示。
在电机绕组回路中串有电阻R s,使电机回路时间常数减小,高频时电机能产生较大得电磁转矩,还能缓解电机得低频共振现象,但它引起附加得损耗。
一般情况下,简单单电压驱动线路中,R s就是不可缺少得。
R s 对步进电动机单步响应得改善如图x3。
图x3单电压功率驱动接口及单步响应曲线
(2)双电压驱动功率接口
双电压驱动得功率接口如图x4所示。
双电压驱动得基本思路就是在较低(低频段)用较低得电压U L驱动,而在高速(高频段)时用较高得电压U H驱动。
这种功
率接口需要两个控制信号,U h为高压有效控制信号,U为脉冲调宽驱动控制信号。
图中,功率管T H与二极管D L构成电源转换电路。
当U h低电平,T H关断,D L正偏置,低电压U L对绕组供电。
反之U h高电平,T H导通,D L反偏,高电压U H对绕组供电。
这种电路可使电机在高频段也有较大出力,而静止锁定时功耗减小。
图x4双电压功率驱动接口
(3)高低压功率驱动接口
高低压功率驱动接口如图x5所示。
高低压驱动得设计思想就是,不论电机工作频率如何,均利用高电压U H供电来提高导通相绕组得电流前沿,而在前沿过后,用低电压U L来维持绕组得电流。
这一作用同样改善了驱动器得高频性能,而且不必再串联电阻R s,消除了附加损耗。
高低压驱动功率接口也有两个输入控制信号U h与U l,它们应保持同步,且前沿在同一时刻跳变,如图x5所示。
图中,高压管VT H得导通时间t l不能太大,也不能太小,太大时,电机电流过载;太小时,动态性能改善不明显。
一般可取1~3ms。
(当这个数值与电机得电气时间常数相当时比较合适)。
图x5高低压功率驱动接口
(4)斩波恒流功率驱动接口
恒流驱动得设计思想就是,设法使导通相绕组得电流不论在锁定、低频、高频工作时均保持固定数值。
使电机具有恒转矩输出特性。
这就是目前使用较多、效果较好得一种功率接口。
图x6就是斩波恒流功率接口原理图。
图中R就是一个用于电流采样得小阻值电阻,称为采样电阻。
当电流不大时,VT1与VT2同时受控于走步脉冲,当电流超过恒流给定得数值,VT2被封锁,电源U被切除。
由于电机绕组具有较大电感,此时靠二极管VD续流,维持绕组电流,电机靠消耗电感中得磁场能量产生出力。
此时电流将按指数曲线衰减,同样电流采样值将减小。
当电流小于恒流给定得数值,VT2导通,电源再次接通。
如此反复,电机绕组电流就稳定在由给定电平所决定得数值上,形成小小得锯齿波,如图x6所示。
图x6斩波恒流功率驱动接口
斩波恒流功率驱动接口也有两个输入控制信号,其中u1就是数字脉冲,u2就是模拟信号。
这种功率接口得特点就是:高频响应大大提高,接近恒转矩输出特性,
共振现象消除,但线路较复杂。
目前已有相应得集成功率模块可供采用。
(5)升频升压功率驱动接口
为了进一步提高驱动系统得高频响应,可采用升频升压功率驱动接口。
这种接口对绕组提供得电压与电机得运行频率成线性关系。
它得主回路实际上就是一个开关稳压电源,利用频率-电压变换器,将驱动脉冲得频率转换成直流电平,并用此电平去控制开关稳压电源得输入,这就构成了具有频率反馈得功率驱动接口。
(6)集成功率驱动接口
目前已有多种用于小功率步进电动机得集成功率驱动接口电路可供选用。
L298芯片就是一种H桥式驱动器,它设计成接受标准TTL逻辑电平信号,可用来驱动电感性负载。
H桥可承受46V电压,相电流高达2、5A。
L298(或XQ298,SGS298)得逻辑电路使用5V电源,功放级使用5~46V电压,下桥发射极均单独引出,以便接入电流取样电阻。
L298(等)采用15脚双列直插小瓦数式封装,工业品等级。
它得内部结构如图x7所示。
H桥驱动得主要特点就是能够对电机绕组进行正、反两个方向通电。
L298特别适用于对二相或四相步进电动机得驱动。
图x7 L298原理框图
与L298类似得电路还有TER公司得3717,它就是单H桥电路。
SGS公司得SG3635则就是单桥臂电路,IR公司得IR2130则就是三相桥电路,Allegro公司则有A2916、A3953等小功率驱动模块。
图x8就是使用L297(环形分配器专用芯片)与L298构成得具有恒流斩波功能得步进电动机驱动系统。
图x8专用芯片构成得步进电动驱动系统。