步进电机理论基础
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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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
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
步进电机理论知识
步进电机理论知识1、体系知识：步进电机和步进电机驱动器构成步进电机驱动体系。
步进电机驱动体系的功用，不光取决于步进电机本身的功用，也取决于步进电机驱动器的好坏。
对步进电机驱动器的研讨简直是与步进电机的研讨同步进行的。
2、体系概述：步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的实行元件。
当步进电机驱动器接纳到一个脉冲信号（来自操控器），它就驱动步进电机按设定的方向翻滚一个固定的视点(称为步距角)，它的旋转是以固定的视点一步一步作业的。
3、体系操控：步进电机不能直接接到直流或交流电源上作业，有必要运用专用的驱动电源（步进电机驱动器）。
操控器（脉冲信号发作器）能够经过操控脉冲的个数来操控角位移量，然后抵达精断定位的意图；一同能够经过操控脉冲频率来操控电机翻滚的速度和加速度，然后抵达调速的意图。
4、用处：步进电机是一种操控用的特种电机，作为实行元件，是机电一体化的要害商品之一，跟着微电子和核算机技能的翻开（步进电机驱动器功用前进），步进电机的需求量日积月累。
步进电机在作业中精度没有堆集差错的特色，使其广泛运用于各种主动化操控体系，格外是开环操控体系。
5、步进电机按构造分类：步进电机也叫脉冲电机，包含反响式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）等。
（1）反响式步进电机：也叫感应式、磁滞式或磁阻式步进电机。
其定子和转子均由软磁资料制成，定子上均匀散布的大磁极上装有多相励磁绕组，定、转子周边均匀散布小齿和槽，通电后运用磁导的改动发作转矩。
通常为三、四、五、六相；可完结大转矩输出（耗费功率较大，电流最高可达20A，驱动电压较高）；步距角小（最小可做到六分之一度）；断电时无定位转矩；电机内阻尼较小，单步作业（指脉冲频率很低时）震动时刻较长；发动和作业频率较高。
（2）永磁式步进电机：通常电机转子由永磁资料制成，软磁资料制成的定子上有多相励磁绕组，定、转子周边没有小齿和槽，通电后运用永磁体与定子电流磁场彼此效果发作转矩。
步进电机基础知识——来自百度百科
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，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。
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，从而到达准确定位的目的；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，从而到达调速的目的。
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及电脑等许多专业知识。
步进电机作为执行元件，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。
随着微电子和电脑技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
步进电机概述步进电机又称为脉冲电机,基于最基本的电磁铁原理,它是一种可以自由回转的电磁铁,其动作原理是依靠气隙磁导的变化来产生电磁转矩。
年前后开始以控制为目的的尝试,应用于氢弧灯的电极输送机构中。
这被认为是最初的步进电机。
二十世纪初,在自动交换机中广泛使用了步进电机。
由于西方资本主义列强争夺殖民地,步进电机在缺乏交流电源的船舶和飞机等独立系统中得到了广泛的使用。
二十世纪五十年代后期晶体管的发明也逐渐应用在步进电机上,对于数字化的控制变得更为容易。
到了八十年代后,由于廉价的微型电脑以多功能的姿态出现,步进电机的控制方式更加灵活多样。
步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是,它接收数字控制信号电脉冲信号并转化成与之相对应的角位移或直线位移,它本身就是一个完成数字模式转化的执行元件。
步进电机工作原理总结
步进电机工作原理总结
步进电机是一种将电信号转化为机械转动的设备。
它的工作原理可以总结为以下几点：
1. 电磁原理：步进电机是一种电磁装置，由绕组和磁铁组成。
当通过绕组通以电流时，绕组会产生电磁场，与磁铁相互作用，从而产生力和转矩。
2. 磁性原理：步进电机的转子通常由多个磁片或磁块组成，每个磁片或磁块都具有多个极对（通常是两个）。
3. 步进原理：通过改变绕组的电流方向和大小，可以改变磁铁的磁极方向和磁场强度。
当绕组的电流脉冲信号按照一定模式改变时，可以使得磁场的极性和位置发生变化，从而带动转子进行步进运动。
4. 控制原理：步进电机通常需要由控制器或驱动器来提供精确的脉冲信号，以控制电机的转动。
通过改变脉冲信号的频率、宽度和相位，可以控制步进电机的转速、方向和位置。
综上所述，步进电机的工作原理是通过改变电流和磁场的方式，实现电能到机械能的转换，从而实现精确的转动控制。
它广泛应用于各种需要精准定位和控制的领域，如工业自动化、机械设备和电子仪器等。
步进电机基础知识入门
步进电机小知识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。
步进电机基础
8
しやすいです。 ． 相励磁方式 によるフルステッ （ ． ° ／ ﾊ ﾟ ｽ ） 場合 ・ ・ 非常 に 理解 しやすいです 。 プ（ ２ １ プ １ ８ ﾙ の ・・
2. 1相励磁方式整步旋转（1.8°/Pulse）…非常好理解 1相励磁方式整 相励磁方式整步 1.8° Pulse）
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三相步进 三相步进
五相步进 五相步进
3根引线 根引线
SANYO DENKI (Shenzhen) CO., LTD.
5根引线 根引线
步进电机旋 步进电机旋转的原理…以二相步进 ２ 步距角1.8°为例基本ステップ角 ピングモータ 回転原理例・ 基本 距角1.8° の回転原理例 基本步 ステッ 机旋转的原理…以二相步进・相ステッピングモータ、基本ステップ角１．８°の場合 の
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实际动作效果
给A相通电
给B相通电
SANYO DENKI (Shenzhen) CO., LTD.
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如何驱动步进电机
脉冲
电流指令
以基本步距角为1.8°/Pulse为 以基本步距角为1.8°/Pulse为例 1 Pulse 10 Pulse 200 Pulse
SANYO DENKI (Shenzhen) CO., LTD.
を回転 速度制御、 速度制御、 ①～系统可以用来进行简单的速度和位置控制。 ステッ ピングモータ 回転（ を回転（ 步进系だけで、 步进④だけで、 可以用来进 简单的速度和位置控制位置制御） 。 的速度和位置控制位置制御） る。 簡単、 さ せるこ ができ 。 取り いが簡単、 スト と る 扱いが簡単 コ ，安価 … 容易操作 价格便宜！ 容易操作，价格便宜！
步进电机知识详解，再不怕看不懂步进电机了！
步进电机知识详解，再不怕看不懂步进电机了！步进电机作为执行元件，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，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
作为电力人对步进电机的也不能仅限于认识而已，应该深入了解它的结构、基本原理以及应用，接下来小七将从三个方面带大家全面认识步进电机。
PART1.01什么是步进电机步进电机是一种直接将电脉冲转化为机械运动的机电装置，通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制。
在不借助带位置感应的闭环反馈控制系统的情况下、使用步进电机与其配套的驱动器共同组成的控制简便、低成本的开环控制系统，就可以实现精确的位置和速度控制。
02基本结构和工作原理基本结构：工作原理：步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过其内部的逻辑电路，控制步进电机的绕组以一定的时序正向或反向通电，使得电机正向/反向旋转，或者锁定。
以1.8度两相步进电机为例：当两相绕组都通电励磁时，电机输出轴将静止并锁定位置。
在额定电流下使电机保持锁定的最大力矩为保持力矩。
如果其中一相绕组的电流发生了变向，则电机将顺着一个既定方向旋转一步（1.8度）。
同理，如果是另外一项绕组的电流发生了变向，则电机将顺着与前者相反的方向旋转一步（1.8度）。
当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时，则电机会顺着既定的方向实现连续旋转步进，运行精度非常高。
对于1.8度两相步进电机旋转一周需200步。
两相步进电机有两种绕组形式：双极性和单极性。
双极性电机每相上只有一个绕组线圈，电机连续旋转时电流要在同一线圈内依次变向励磁，驱动电路设计上需要八个电子开关进行顺序切换。
单极性电机每相上有两个极性相反的绕组线圈，电机连续旋转时只要交替对同一相上的两个绕组线圈进行通电励磁。
驱动电路设计上只需要四个电子开关。
在双极性驱动模式下，因为每相的绕组线圈为100%励磁，所以双极性驱动模式下电机的输出力矩比单极性驱动模式下提高了约40%。
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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。
II.步进电机的分类 步进电机在构造上有三种主要类型：
反应式
定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小， 可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。
永磁式
永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点 是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。
两相步进电机工作原理
当给A相通电时，由于定子A齿和转子 的1齿相对，没有切向力，转子静止。 接着给B相绕组通电时，转子的位置如 图a，转子齿偏离定子齿一个角度， 由于励磁磁通力需要沿磁阻最小路径通 过，因此对转子产生电磁吸力，迫使钻 子齿转动，当转子转到与定子齿对其位 置时（图b），因转子只受径向力而无切向力，故转矩
就会产生电流；该电流的方向和驱动电机旋转的电流方向 相反。
步进电机转速较高时，其线圈中产生的感应电流抵消了一 部分由外部电源电压产生的电流，，所以，步进电机随着 转速的提高，输出力矩逐步下降。
步进电机参数名词解释
1. 步进电机相数： 电机内部的线圈组数 目前常用的有两相、三相、五相 步进电机。 2.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。 3.保持转矩（静扭矩）：电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。 4.定位转矩：电机在不通电的状态下，电机转子自身的锁定力矩。 5.失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。 6.矩频特性：电机在测试条件下测得的输出力矩与频率关系的曲线。 7.最高启动频率：步进电机由静止突然启动并进入不失步的正常运行所允 许的最高频率。
为0， 转子被锁定在当前位置上 由此可见 错齿是助使步进电机旋转的根本原因
步进电机细分原理
未细分时 电机一圈： AA-BB-AA-BB
两细分时： AA-AA+BB-BB-BB+AA -AA-AA+BB-BB-BB+AA
步进电机细分数越高，电机
运转越平稳；步进电机细分
数越低，电机运转时振动越
0.36° 0.18° 0.09° 0.045°
实用公式：转速(r/s）=脉冲频率 /（电机每转整步数*细分数）
步进电机细分对控制精度的影响 为了定量分析步进电机细分数与运动平台定位精度之间的
与伺服电机相比，步进电机具有控制简单、使用方便、价格便宜等特点
步进电机的特点
① 步进电机没有累积误差，一般步进电机的精度为步距角的3-5%； 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） ④ 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。
02.两相混合式步进电机
I.两相混合步进电机的结构 步进电机有转子、定子、滚珠轴承、前后端盖等组成。转
子由铁芯、永磁体、旋转轴组成；定子由线圈绕组、定子 铁芯组成。 典型的两相电机步距角
为1.8°，即电机旋转一 圈为200步。 出力轴两端虽然有轴承 支撑，但该轴只能传递 力矩，不能承受径向力
03.两相步进电机驱动器
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。
微步驱动技术 微步驱动技术是一种电流波形控制技术。其基本思想是控制 每相绕组电流的波形，使其阶梯上升或下降，即在0和最大值 之间给出多个稳定的中间状态，定子磁场的旋转过程中也就 有了多个稳定的中间状态，对应于电机转子旋转的步数增多、 步距角减小。采用细分驱动技术可以大大提高步进电机的步 矩分辨率，减小转矩波动，避免低频共振及降低运行噪声
大。
因为细分数高时，电流曲线
光滑，所以电机输出力矩也
机较 音。
就波动小连续、电机运行就平稳；电机细分数小，电 机电流波动就大，其输出力矩波动就大，因而造成电 大的振动，该振动并产生噪音乃至其它部件的谐振噪
步进电机的力矩特性
法拉第电磁感应定律： 闭合电路的一部分在磁场中作切割磁力线运动时，导体中
步进电动机及驱动技术
--宁波舜宇技术交流会
目 录 / contents
01 步进电机的基础知识 02 两相混合式步进电动机 03 两相步进电动机驱动器及电气连接 04 选型方法进电机
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开
环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位
步进电动机微步驱动电路基本结构框图
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 电机运行时的真正步距角
0.9°/1.8°
驱动器工作在半步状态
0.9°
0.9°/1.8° 0.9°/1.8° 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 驱动器工作在20细分状态 驱动器工作在40细分状态
混合式
混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、 转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输 出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。
II.步进电机的分类 按定子上绕组来分
共有二相、三相和五相等系列。
最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因 是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步距角为1.8°/步，配 上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍 （0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。同一步进 电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。