-步进电动机的应用
步进电动机应用及发展趋势[论文]
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浅析步进电动机的应用及发展趋势步进电动机已成为除直流电动机和交流电动机以外的第三类电动机。
传统电动机作为机电能量转换装置，在人类的生产和生活进入电气化过程中起着关键的作用。
为适应这些要求，发展了一系列新的具备控制功能的电动机系统，其中较有自己特点，且应用十分广泛的一类便是步进电动机。
步进电动机的发展与计算机工业密切相关。
自从步进电动机在计算机外设备中取代小型直流电动机以后，使其设备的性能提高，很快地促进了步进电动机的发展。
一、步进电动机的基本结构与工作原理步进电动机是一种将电脉冲信号变换成相应的角位移或直线位移的机电执行元件。
每当输入一个电脉冲，电动机就转动一个角度前进一步。
脉冲一个一个地输入，电动机便一步一步地转动，因此，这种电动机称为步进电动机。
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。
控制输入脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序，就可以得到各种需要的运行特性，因而广泛用于数字控制系统中。
在数控开环系统中作为一种伺服驱动元件。
二、步进电动机的应用步进电动机是一种将电脉冲信号转换成相应角位的数字执行部件，因此它在数字控制系统中、程序控制系统及许多航天工业系统中得到了应用。
随着微型计算机的发展，步进电动机得到了更广泛的应用，有相当一部分步进电动机正应用在计算机的外部设备如打印机、纸带输送机构、卡片阅读机、主动轮驱动机构和磁盘存储器存取机构等。
1、步进电动机驱动系统在数控铣床中的应用在进给伺服系统中，步进电动机需要完成两项任务：一是传递转矩，这应克服机床工作台与导轨间的摩擦力及切削阻力等负载转矩，通过滚珠丝械带动工作台，按指令要求快速进退或切削加工；另外是传递信息，即根据指令要求精确定位，接收一个脉冲，步进电动机就转过一个固定的角度，经过传动机构驱动工作台，使之按规定方向移动一个脉动当量的位移。
因此指令脉冲总数也就决定了机床的总位移量，而指令脉冲的频率决定了工作台的移动速度。
每台步进电动机可驱动一个坐标的伺服机构，利用两个或三个坐标轴联运就能加工出一定几何开头的零件来。
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。
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。
机器人驱动与控制及应用实例步进电动机的特点
机器人驱动与控制及应用实例：步进电动机的特点和实际应用情况引言机器人技术的快速发展使得机器人在各个领域得到广泛应用，其中驱动与控制技术是机器人运动和操作的核心。
步进电动机作为一种常用的驱动设备，具有精准控制、高效能转换、低成本等优势，在机器人领域中有着广泛的应用。
本文将详细描述步进电动机的特点以及其在实际应用中的背景、过程和效果。
一、步进电动机的特点步进电动机是一种将输入脉冲信号转换为角位移或线位移输出的执行元件。
相较于其他类型的电动机，步进电动机具有以下几个特点：1. 精准控制步进电动机可以通过输入不同数量和频率的脉冲信号来控制转子角度的变化，从而实现精确控制。
每个脉冲信号都会使步进电动机转子旋转一个固定角度（通常为1.8°或0.9°），因此可以实现高精度位置控制。
2. 高效能转换步进电动机在工作时不需要传统的直流或交流电源，而是通过脉冲信号来驱动。
这种驱动方式可以提高能量的利用效率，减少能量损耗，并且使得步进电动机在低速和静止状态下具有较高的力矩。
3. 低成本相较于其他类型的电动机，步进电动机具有简单的结构和较低的制造成本。
它通常由定子、转子和驱动电路组成，没有传统电刷和换向器等复杂部件。
这使得步进电动机在许多应用领域中具有竞争力的价格优势。
4. 开环控制步进电动机通常采用开环控制方式，即无反馈系统。
这意味着控制系统无法直接感知到步进电动机转子位置，只能通过发送脉冲信号来控制旋转角度。
虽然开环控制存在一定的位置误差问题，但对于某些应用场景而言，如简单定位、速度调节等，并不需要高精度反馈。
二、实际应用情况步进电动机广泛应用于各个领域中需要精准位置控制和高效能转换的机器人系统中。
以下将介绍几个典型的实际应用情况。
1. 3D打印在3D打印过程中，步进电动机被广泛应用于XYZ轴的驱动。
通过控制每个轴上步进电动机的脉冲数量和频率，可以精确控制打印头在三维空间中的位置，实现复杂物体的打印。
步进电机的工作原理及应用
步进电机的工作原理及应用一、步进电机的工作原理步进电机是一种通过电脉冲信号控制旋转角度的电动机，它以固定的步距运动，因此被广泛应用于需要精确位置控制的场合。
步进电机的工作原理可以简单地归纳为两种类型：可变磁性步进电机和磁电磁步进电机。
1. 可变磁性步进电机可变磁性步进电机是利用永久磁石的磁性来实现步进运动的。
它由固定的定子和旋转的转子组成，其中转子上有多对磁极，每对磁极之间夹着一对相间的绕组。
当绕组中通入电流时，会在定子上产生磁场，与转子上的磁场相互作用，从而使转子发生旋转。
通过控制电流的通断，可以精确控制步进电机的角度。
2. 磁电磁步进电机磁电磁步进电机是利用电磁铁的磁性来实现步进运动的。
它由定子、转子和磁性材料制成的垫片组成。
定子上有多个电磁铁，负责产生磁场。
通过控制电磁铁的通断，可以使转子发生旋转。
与可变磁性步进电机相比，磁电磁步进电机具有扭矩大、加速快、响应速度高的优点。
二、步进电机的应用步进电机由于具有精确控制旋转角度的能力，被广泛应用于各个领域。
以下列举了几个主要的应用领域：1. 自动化设备步进电机常常被用于自动化设备中，如数控机床、自动化生产线等。
它可以通过精确的控制步距来实现位置定位、装配、切割等工作。
2. 3D打印在3D打印中，步进电机被用于控制打印头的移动，从而实现复杂的打印形状。
通过高精度的步进控制，可以打印出精细的细节和复杂的结构。
3. 机器人步进电机在机器人中扮演着重要的角色，用于控制机器人的关节运动。
通过精确的步进控制，可以实现机器人的精准定位和灵活运动。
4. 医疗设备步进电机在医疗设备中也有广泛的应用，如医疗机器人、手术器械等。
它可以精确控制医疗设备的运动，从而提高医疗操作的准确性和安全性。
5. 智能家居在智能家居领域，步进电机被用于控制窗帘、卷闸门等家居设备的开关。
通过步进控制，可以实现远程、自动化的操作。
6. 汽车行业步进电机也广泛应用于汽车行业，如汽车座椅调节、车窗升降等。
电动机的种类及应用
电动机的种类及应用电动机是将电能转化为机械能的装置，广泛应用于各个领域。
根据不同的工作原理和结构特点，电动机可以分为多种类型。
下面将介绍几种常见的电动机及其应用。
1. 直流电动机直流电动机是最早发展起来的一种电动机，其结构简单、可靠性高、调速范围广，因此在工业生产中得到广泛应用。
直流电动机的转速可以通过调节电源电压、改变电枢电流或者改变磁场磁通量来实现调速。
直流电动机广泛应用于电动车、电动机车、起重机械、机床、风机、泵等设备中。
2. 交流异步电动机交流异步电动机是目前应用最广泛的一种电动机，其结构简单、成本低、维护方便。
交流异步电动机的转速与电源频率有关，一般为1500转/分或3000转/分。
交流异步电动机广泛应用于家用电器、工业生产设备、风力发电机组、水泵、压缩机等领域。
3. 交流同步电动机交流同步电动机是一种转速与电源频率同步的电动机，其结构复杂、成本较高，但具有高效率、高功率因数和较好的调速性能。
交流同步电动机广泛应用于电力系统中的发电机组、压缩机、风力发电机组、水泵等设备。
4. 步进电动机步进电动机是一种将电脉冲信号转化为角位移或线位移的电动机，具有精度高、定位准确、结构简单等特点。
步进电动机广泛应用于打印机、数控机床、纺织机械、医疗设备等需要精确定位的设备中。
5. 无刷直流电动机无刷直流电动机是一种将直流电能转化为机械能的电动机，其结构简单、寿命长、效率高。
无刷直流电动机广泛应用于电动车、电动工具、家用电器、机器人等领域。
6. 电动机组合驱动系统电动机组合驱动系统是将多个电动机组合在一起，通过控制系统实现协同工作，以提高整体性能。
电动机组合驱动系统广泛应用于电动车、机器人、船舶、飞机等领域。
除了以上几种常见的电动机类型，还有许多其他类型的电动机，如线性电动机、超导电动机、磁悬浮电动机等。
随着科技的不断发展，电动机的种类和应用也在不断扩展和创新。
电动机作为现代工业生产中不可或缺的动力装置，将继续在各个领域发挥重要作用。
步进电机的工作方式与应用领域
步进电机的工作方式与应用领域步进电机是一种常用的电动机类型，其工作方式独特而灵活，被广泛应用于许多领域。
本文将介绍步进电机的工作方式以及其在不同应用领域中的应用。
一、步进电机的工作方式步进电机是一种以固定步长方式旋转的电动机，通过控制电流或电压来驱动电机的转动，从而实现精确的位置控制。
步进电机的主要工作方式有以下几种：1. 单相励磁步进电机：单相励磁步进电机是最简单的步进电机类型，它由一个励磁线圈和一个永磁转子组成。
通常使用对开关电路来控制电流的方向和大小，使转子按照固定步长旋转。
2. 双相励磁步进电机：双相励磁步进电机是常见的步进电机类型，它由两个相位的励磁线圈和一个永磁转子组成。
通常使用电子驱动器来控制电流的方向和大小，使转子按照固定步长旋转。
3. 高分辨率步进电机：高分辨率步进电机采用微细步进驱动技术，可以实现更小的步长角度，提高位置控制的精确度。
它通常通过微步控制器以更高的分辨率来驱动电机，以实现更精细的运动。
二、步进电机的应用领域步进电机由于其独特的工作方式和可靠性，广泛应用于许多领域。
以下是步进电机在不同领域中的一些常见应用：1. 机器人技术：步进电机广泛应用于机器人技术中的关节驱动系统和定位系统。
机器人通过控制步进电机的旋转角度和步长，实现精确的动作和位置控制，从而完成各种任务。
2. 数控机床：步进电机在数控机床中用于控制刀具的位置和移动。
通过精确的步进控制，可以实现高精度的切削和加工过程。
3. 3D打印：步进电机被广泛应用于3D打印机中的定位系统和喷嘴控制。
通过精确的步进驱动，可以将材料精确地喷涂或堆积，实现高精度的三维打印。
4. 医疗设备：步进电机在医疗设备中用于控制医疗器械的移动和位置。
例如，用于控制X射线设备的旋转角度和位置，以及控制手术机器人的关节驱动系统等。
5. 自动化仪器：步进电机被广泛应用于各种自动化仪器中的定位和控制系统。
例如，用于控制样品台的位置和移动，以及用于调节光学元件的角度和位置等。
步进电动机选型应用(1)
进电动机作为控制元件或驱动元件来使用，通常同驱动机构组合来实现所要求的功能。
步进电动机系统的性能，除取决于电动机本体的特性外，还受驱动器的影响。
在实际应用场合，步进电动机系统是由电动机本体、驱动器以及推动伏在用的机械驱动机构所构成。
1从机械角度出发考虑的要点一般说来，步进电动机驱动机构通常是减速机构，其主要有齿轮减速、牙轮皮带减速、螺杆减速及钢丝减速等方式。
因此步进电动机的选择必须满足整个运动系统的要求。
通常，在选定步进电动机时，从机械角度出发考虑的要点是：(1>分辨率，由移动速度、每步所移动角度距离来决定；(2>负载刚度、移动物理质量；(3>电动机体积和质量；(4>环境温度、湿度等。
2从加减速运动要求出发考虑的要点(1>在短时间内定位所需要的加速和减速速度的适当设定，以及最高速度的适当设定；(2>根据加速转矩和负载转矩设定电动机的转矩；(3>使用减速机构时，则要考虑电动机速度和负载速度的关系。
3步距角的选择步进电动机具有固定分辨率，如每转24步，步距角为l5°。
不采用齿轮变速或特殊驱动技术(如细分线路>，15°步距角的电动机不能完成小于15°增量运动或实现分辨率高于每转24步的连续运动。
当然15°的增量运动可采用步距角为5°的电动机走3步来完成或3°步距角电动机走5步。
采用小步距角分几步来完成一定增量运动的优点是：运行时的过冲量小，振荡不明显，精度高。
选用时应权衡系统的精度和速度要求，选择一种合适的标准步距角，如没有符合要求的步距角，可通过变速齿轮折算成标准步距角。
例如：对直线进给驱动的装置，步距角β由系统所要求的脉冲当量δP丝杠螺距t和变比i确定，按公式进行计算：为了减少齿轮传动误差，一般变速装置不大于2级减速。
系统的脉冲当量根据精度要求确定，丝杠螺距根据负载要求选择标准值，调整变比即可按公式计算步距角。
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步进电动机的应用
姓名李鑫
班级机电112班
学号 10
一、简介：
步进电动机（stepping motor）把电脉冲信号变换成角位移以控制转子转动的微特电机。
在自动控制装置中作为执行元件。
每输入一个脉冲信号，步进电动机前进一步，故又称脉冲电动机。
步进电动机多用于数字式计算机的外部设备，以及打印机、绘图机和磁盘等装置。
步进电动机的驱动电源由变频脉冲信号源、脉冲分配器及脉冲放大器组成，由此驱动电源向电机绕组提供脉冲电流。
步进电动机的运行性能决定于电机与驱动电源间的良好配合。
步进电机的优点是没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低，步进电动机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，缺点是效率较低，发热大，有时会“失步”。
二、步进电动机的分类：
步进电动机分为机电式、磁电式及直线式三种基本类型。
机电式步进电动机
机电式步进电动机由铁心、线圈、齿轮机构等组成。
螺线管线圈通电时将产生磁力，推动其铁心心子运动，通过齿轮机构使输出轴转动一角度，通过抗旋转齿轮使输出转轴保持在新的工作位置；线圈再通电，转轴又转动一角度，依次进行步进运动。
磁电式步进电动机
磁电式步进电动机主要有永磁式、反应式和永磁感应子式3种形式。
永磁式步进电动机由四相绕组组成。
A相绕组通电时，转子磁钢将转向该相绕组所确定的磁场方向;A相断电、B相绕组通电时，就产生一个新的磁场方向，这时，转子就转动一角度而位于新的磁场方向上，被激励相的顺序决定了转子运动方向。
永磁式步进电动机消耗功率较小，步矩角较大。
缺点是起动频率和运行频率较低。
反应式步进电动机在定、转子铁心的内外表面上设有按一定规律分布的相近齿槽，利用这两种齿槽相对位置变化引起磁路磁阻的变化产生转矩。
这种步进电动机步矩角可做到1°～15°，甚至更小，精度容易保证，起动和运行频率较高，但功耗较大，效率较低。
永磁感应子式步进电动机又称混合式步进电动机。
是永磁式步进电动机和反应式步进电动机两者的结合，并兼有两者的优点。
直线式步进电动机
有反应式和索耶式两类。
索耶式直线步进电动机由静止部分（称为反应板）和移动部分(称动子)组成。
反应板由软磁材料制成，在它上面均匀地开有齿和槽。
电机的动子由永久磁铁和两个带线圈的磁极A和B组成。
动子是由气垫支承,以消除在移动时的机械摩擦,使电机运行平稳并提高定位精度。
这种电机的最高移动速度可达1.5米/秒，加速度可达2g,定位精度可达20多微米。
由两台索耶式直线步进电动机相互垂直组装就构成平面电动机。
给x方向和y方向两台电机(图3)以不同组合的控制电流，就可以使电机在平面内做任意几何轨迹的运动。
大型自动绘图机就是把计算机和平面电动机组合在一起的新型设备。
平面电动机也可用于激光剪裁系统，其控制精度和分辨力可达几十微米。
三、测速方法
步进电动机是将脉冲信号转换为角位移或线位移。
一是过载性好。
其转速不受负载大小的影响，不像普通电机，当负载加大时就会出现速度下降的情况，步进电机使用时对速度和位置都有严格要求。
二是控制方便。
步进电机是以“步”为单位旋转的，数字特征比较明显。
三是整机结构简单。
传统的机械速度和位置控制结构比较复杂，调整困难，使用步进电动机后，使得整机的结构变得简单和紧凑。
测速电机是将转速转换成电压，并传递到输入端作为反馈信号。
测速电机为一种辅助型电机，在普通直流电机的尾端安装测速电机，通过测速电机所产生的电压反馈给直流电源，来达到控制直流电机转速的目的。
四、步进电动机的应用：
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。
步进电动机已广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、钟表等之中，另外在工业自动化生产线、印刷设备等中亦有应用。
五、步进电动机的原理：
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，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。
使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
反应式步进电机原理：
1、结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。
0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）下面是定转子的展开图：
2、旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。
如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3
て）=2/3て。
如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。
如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3て这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。
如按A，C，B，A……通电，电机就反转。
由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。
而方向由导电顺序决定。
不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。
往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为1/6て。
甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。
不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移
1/m,2/m……(m-1)/m,1。
并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是旋转的物理条件。
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。