步进电机课件
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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）
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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
步进电机-课件
2023年11月10日
第29页
§11.3 步进电动机
①运行矩频特性
2023年11月10日
矩频特性---电机连续转动
时所产生的最大输出转矩T与f
两者间的关系。
当控制脉冲频率增加，电 机转速升高时，步进电动机所 能带动的最大负载转矩值将逐 步下降。主要原因是定子绕组 电感的影响。因步进电机每相 绕组是线圈，而电感有延缓电 流变化的特性。
2023年11月10日
第9页
§11.3 步进电动机
A相通电时定、 转子齿的相对位置
A、 B两相通电时定、 转子齿的相对位置
2023年11月10日
第10页
§11.3 步进电动机
3、基本特点 (1) 步进电动机工作时，每相绕组由专门驱动电源通过
“环形分配器”按一定规律轮流通电。如三相双三拍运行的 环形分配器输入是一路，输出有A、B、C三路。若开始是A、 B这两路有电压，输入一个控制脉冲后就变成B、C这两路有 电压，再输入一个脉冲变成C、A这两路有电压，再输入一 个电脉冲变成A、B这两路有电压了。环形分配器输出的各 路脉冲电压信号，经过各自的放大器放大后送入步进电动机 的各相绕组，使步进电动机一步步转动。
2023年11月10日
第11页
§11.3 步进电动机
电 路 图
三相双三拍 运行各相控 制电压波形 控制方框图
2023年11月10日
第12页
§11.3 步进电动机
(2)步距角--每输入一个脉冲电信号转子转过的角度，用
θb表示。当电机按四相单四拍运行--A-B-C-D-A…… 顺序
通电时，换接一次绕组，转子转过的角度为1/4齿距角；转 子需要走4步，才转过一个齿距角。当四相八拍运行--AAB-B-BC-C-CD-D-DA……顺序通电时，换接一次绕组， 转子转过的角度为1/8齿距角；转子需要走8步才转过一个
步进电机及其工作原理1ppt课件
360°
θb = m* Z*C
式中：m －定子相数
2
A A
1
4
2
Z － 转子齿数
3
C －通电方式
A
C = 1 单相轮流通电、双相轮流通电方式
C = 2 单、双相轮流通电方式
制作：张津
常用步进电机的步距角 常用步进电机的定子绕组多数是三相和五相, 与此相匹配
的转子齿数分别为40齿和48齿，即有 三相步进电机：
1. 脉冲混合电路 将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合
为正向或负向脉冲进给信号 2. 加减脉冲分配电路
将同时存在正向或负向脉冲合成为单一方向的进给脉冲
制作：张津
步进电机的驱动控制
3. 加减速电路 将单一方向的进给脉冲调整为符合步进电机加减速特性
的脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时间常数。 4. 环形分配器
单双相轮流通电（M相2M拍） 顺时针轮回 A→AB→B→BC→C→CA→A 逆时针轮回 A→AC→C→CB→B→BA→A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→B→C→A
转子旋转方向： 顺时针
步距角：
θb = 60°
A
A
1
B
1 2
2
B
A
A
C
B
1 2
1 2
C A 60°
2 B
A
A
C
B
60° 1 2
1 2
60°
B
C
B
A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→AB→B→BC→C→CA→A
θb = m* Z*C
式中：m －定子相数
2
A A
1
4
2
Z － 转子齿数
3
C －通电方式
A
C = 1 单相轮流通电、双相轮流通电方式
C = 2 单、双相轮流通电方式
制作：张津
常用步进电机的步距角 常用步进电机的定子绕组多数是三相和五相, 与此相匹配
的转子齿数分别为40齿和48齿，即有 三相步进电机：
1. 脉冲混合电路 将脉冲进给、手动进给、手动回原点、误差补偿等混合
为正向或负向脉冲进给信号 2. 加减脉冲分配电路
将同时存在正向或负向脉冲合成为单一方向的进给脉冲
制作：张津
步进电机的驱动控制
3. 加减速电路 将单一方向的进给脉冲调整为符合步进电机加减速特性
的脉冲，频率的变化要平稳，加减速具有一定的时间常数。 4. 环形分配器
单双相轮流通电（M相2M拍） 顺时针轮回 A→AB→B→BC→C→CA→A 逆时针轮回 A→AC→C→CB→B→BA→A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→B→C→A
转子旋转方向： 顺时针
步距角：
θb = 60°
A
A
1
B
1 2
2
B
A
A
C
B
1 2
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C A 60°
2 B
A
A
C
B
60° 1 2
1 2
60°
B
C
B
A
制作：张津
单段反应式步进电机的工作原理 —— 两转子齿
定子通电顺序： A→AB→B→BC→C→CA→A
步进电机(计算)课件
混合驱动技术在步进电机中的应用
总结词
混合驱动技术的应用将拓宽步进电机的应用 领域，满足不同场景下的需求。
详细描述
混合驱动技术结合了传统驱动方式和新型驱 动方式的优势，能够实现更高效、更稳定的 运行。例如，采用永磁同步电机和步进电机 的混合驱动方式，可以实现高速、高精度的 定位控制，满足高动态性能的应用需求。此 外，混合驱动技术还可以实现电机的可逆控 制，提高电机的能源利用效率。
加工精度高
步进电机能够实现高精度的加工， 提高数控机床的加工质量和效率。
易于编程和控制
步进电机可以通过数控系统进行编 程和控制，实现自动化加工。
步进电机在智能家居领域的应用
门窗控制
步进电机用于智能家居的门窗控 制，实现门窗的自动开关和调节。
节能环保
步进电机能够实现智能家居的节 能控制，降低能源消耗和减少环
控制参数调整
通过调整控制参数，可以 实现对步进电机运行状态 的精确控制，提高电机的 性能和响应速度。
步进电机的优化设计计算
优化设计计算
结构优化
涉及步进电机结构、材料和制造工艺的优 化设计。通过对这些方面的计算和分析， 可以提高步进电机的性能和可靠性。
通过对电机结构的分析和优化，可以减小 电机的体积、重量和制造成本，提高电机 的刚度和强度。
2023
步进电机(计算)课件
REPORTING
• 步进电机简介 • 步进电机的数学模型 • 步进电机的计算方法 • 步进电机应用案例分析 • 步进电机的发展趋势与展望
2023
PART 01
步进电机简介
REPORTING
步进电机的定义与工作原理
步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的开环控制电机。
《步进电动机》PPT课件
2021/4/23
24
第11章 步进电动机
t
360 Zr
(式中， Zr为转子齿数)， 所以转子每步转过的空间 角度(机械角度)， 即步距角为
s
t
N
360 Zr N
(11 - 1)
式中， N为运行拍数， N=km (k=1, 2； m为相数)。
2021/4/23
25
第11章 步进电动机
为了提高工作精度， 就要求步距角很小。 由式(11 - 1)可见， 要减小步距角可以增加拍数N。 相数增加相 当于拍数增加， 但相数越多， 电源及电机的结构也越 复杂。 反应式步进电动机一般做到六相， 个别的也有 八相或更多相数。 对同一相数既可以采用单拍制， 也 可采用双拍制。 采用双拍制时步距角减小一半。 所以 一台步进电动机可有两个步距角， 如1.5°/0.75°、 1.2°/0.6°、 3°/1.5°等。
2021/4/23
8
第11章 步进电动机
当A相控制绕组通电，而B相和C相都不通电时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点， 所以转子齿1和3的轴线与定子A极轴线对齐。同理，当断开A相接通B相时，转子便按逆时针方 向转过30°，使转子齿2和4的轴线与定子B极轴线对齐。断开B相，接通C相，则转子再转过 30°，使转子齿1和3的轴线与C极轴线对齐。从而实现逆时针旋转。
θte=360° 或 θte=2π rad 相应的步距角为
be
te
N
360 N
(11 - 2)
2021/4/23
27
第11章 步进电动机
或
be
2
N
(11 - 3)
所以当拍数一定时， 不论转子齿数多少， 用电角
度表示的步距角均相同。
步进电机 ppt课件
ppt课件
7
步进电机的工作原理
ppt课件
8
步进电机的工作原理
ppt课件
9
步进电机的工作原理
ppt课件
10
步进电机的工作原理
ppt课件
11
步进电机工作原理
上述控制方式三相单三拍，得电顺序 是A→B →C →A，电机逆时针转
pptห้องสมุดไป่ตู้件
12
步进电机的工作原理
ppt课件
13
步进电机的工作原理
ppt课件
ppt课件
19
步进驱动器
传感器
步进电机
连轴器
工作台
丝杆
ppt课件
1
步进电机结构和工作原理
1、步进电机是将电脉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控 制脉冲信号的频率和脉冲数。
脉冲越多，电机转动的角度越大。 脉冲频率越高，电机转速越快，但不能超
过最高频率，否则电机的力矩迅速减小， 电机不转
2、电机的转速和相序切换的频率有关，切换得越快，电 机转动的越快。电机转动的方向和相序有关。
3、电机每拍转动的角度，称步距角Ɵ。步距角和电机的 结构有关。Ɵ=360°/mzk，其中m为定子绕组的相数；Z 为转子的齿数；k为通电方式。M相m拍时，k=1，m相2m 拍时，k=2.
ppt课件
18
如上例中，m=3，z=4，k=1。 所以Ɵ=360°/mzk= 360°/3*4*1=30°
14
步进电机的工作原理
ppt课件
15
步进电机的工作原理
ppt课件
16
步进电机的工作原理
上述控制方式三相单三拍，得电顺序为 A→C→B→A，电机顺时针转。
《步进电机》PPT课件
➢ 当U相通电，V、W相不通电，如图3.3a所示，1、3齿 与U相对齐；
➢ 当V相通电，U、W相不通电，如图3.3b所示，2、4齿 与V相对齐；
➢ 当W相通电，U、V相不通电，如图3.3c所示，1、3齿 与W相对齐；
整理ppt
8
整理ppt
9
由此可见，当通电顺序为U→V → W→U →V →…时，转子便顺时针方向一步一步地转动，通 电状态每换接一次，转子前进一步，一步对应的 角度称为步距角。
上述两种通电方式的组合。即通电方式为：U → UV → V → VW→W → WU →U →… 称为三相六拍通电，如图3.4所示。 三相六拍通电方式的步距角减小一倍。
整理ppt
13
3.1.2 小步距角步进电动机
实际的小步距角电动机如图3.5所示。它的定子内 圆和转子外圆上均有齿和槽，而且定子和转子的 齿宽和齿距相等。
第3章 步进电动机传动控制
3.1 步进电动机 3.2 步进电动机的环形分配器 3.3 步进电动机的驱动电路
整理ppt
1
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线或 角位移的执行元件。步进电动机的运动由一系列电脉 冲控制，脉冲发生器所产生的电脉冲信号，通过环形 分配器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。为了 使电动机能够输出足够的功率，经过环形分配器产生 的脉冲信号还需要进行功率放大。
整理ppt
11
（2）通电方式 双相轮流通电方式
每次有两相绕组通电，通电状态切换时，转子转动平稳， 且输出力矩较大，这种通电方式定位精度高而且不易 失步。
以三相反应式电动机为例，双相轮流通电方式为：UV → VW→WU →UV →… 称为三相双三拍通电。
整理ppt
12
（2）通电方式 单双相轮流通电方式
➢ 当V相通电，U、W相不通电，如图3.3b所示，2、4齿 与V相对齐；
➢ 当W相通电，U、V相不通电，如图3.3c所示，1、3齿 与W相对齐；
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整理ppt
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由此可见，当通电顺序为U→V → W→U →V →…时，转子便顺时针方向一步一步地转动，通 电状态每换接一次，转子前进一步，一步对应的 角度称为步距角。
上述两种通电方式的组合。即通电方式为：U → UV → V → VW→W → WU →U →… 称为三相六拍通电，如图3.4所示。 三相六拍通电方式的步距角减小一倍。
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3.1.2 小步距角步进电动机
实际的小步距角电动机如图3.5所示。它的定子内 圆和转子外圆上均有齿和槽，而且定子和转子的 齿宽和齿距相等。
第3章 步进电动机传动控制
3.1 步进电动机 3.2 步进电动机的环形分配器 3.3 步进电动机的驱动电路
整理ppt
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步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线或 角位移的执行元件。步进电动机的运动由一系列电脉 冲控制，脉冲发生器所产生的电脉冲信号，通过环形 分配器按一定的顺序加到电动机的各相绕组上。为了 使电动机能够输出足够的功率，经过环形分配器产生 的脉冲信号还需要进行功率放大。
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（2）通电方式 双相轮流通电方式
每次有两相绕组通电，通电状态切换时，转子转动平稳， 且输出力矩较大，这种通电方式定位精度高而且不易 失步。
以三相反应式电动机为例，双相轮流通电方式为：UV → VW→WU →UV →… 称为三相双三拍通电。
整理ppt
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（2）通电方式 单双相轮流通电方式
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
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22
课后作业：
步进电动机旋转的根本原因是什么？ 步进电动机控制器由哪些部分组成？各 自有什么作用？
23
结
束
24
13
1、目的
当定子绕组按一定顺序轮流通电时， 转子就沿一定方向一步步转动。因此步 进电动机绕组是按一定通电方式工作的， 为实现该种轮流通电，要将控制脉冲按 为实现该种轮流通电，要将控制脉冲按 规定的通电方式分配到电动机的每相 绕组。 绕组。
14
2、典型的步进电机控制系统的组成
步进控制器——把输入的脉冲转换成环型脉冲， 步进控制器——把输入的脉冲转换成环型脉冲， 以控制步进电动机，并能进行正反转控制 功率放大器——把步进电动机输出的环型脉 功率放大器——把步进电动机输出的环型脉 冲放大，以驱动步进电动机转动
19
5、旋转方向的控制
电动机旋转方向和内部绕组的通电顺序有关 以三相步进电动机为例（单三拍）： 正向旋转通电顺序：A 正向旋转通电顺序：A—B—C—A 反向旋转通电顺序：A 反向旋转通电顺序：A—C—B—A
20
旋转方向的控制
21
小结：
步进电动机由定子和转子两大部分组成。 错齿是促使步进电动机旋转的根本原因。 每运行一拍，转子就转过一个步距角。 单片机控制系统用单片机代替步进控制器。 步进电机旋转方向和内部绕组的通电顺序 有关
步进电动机结构原理图
9
错位
当A相定子齿和转子齿对齐， 相定子齿和转子齿对齐， 若和A 若和A相磁极中心对齐的转 子齿为1 号齿， 子齿为 1 号齿 ， 因 B 相磁极 与A相磁极差120°，且 120°/9°=13（1/3），故转 13（ 子齿不能与B相定子齿对齐， 子齿不能与B相定子齿对齐， 只有13号小齿靠近B 只有13号小齿靠近B相磁极 的中心线， 的中心线 ， 与中心线相差 步进电动机结构原理图 3°
15
典型的步进电机控制系统的组成
16
了解步进控制器
17
3、单片机控制的步进电机控制系统组成
利用单片机代替步进控制器，把并行二进制 码转换成串行脉冲序列，并实现方向控制
18
4、脉冲序列的生成
脉冲用周期、脉冲 高度、接通和断开电 源的时间来表示 单片机控制步进电机 步进实际是用单片机产 生一系列脉冲 先输出一高电平（电机步进），接着利用软件延 时一段时间（到位），而后输出一低电平（停止步 进），再延时。延时长短由步进电动机的工作频率 决定。
10
电机转的工作原理
总结： 总结：错齿是步进电动机旋转的根本原因
11
步距角
步距角——绕组每通电一次（即运 步距角——绕组每通电一次（即运 行一拍），转子就走一步，即转过 一定的角度。 磁阻式步进电机的步距角用公式表 示： QS=360°/NZr =360° （N=MCC ） N=M
12
三、步进电动机的控制原理
无锡市职业教育中心校
步进电机控制
执教者：王骅
1
步进电动机
2
一、步进电动机的组成和种类
3
1、步进电动机的结构组成：
步 进 电 机 组 成
定子 ——由硅钢片叠 ——由硅钢片叠 成,有一定数量的 磁极和绕组 ——用硅钢片叠 转子 ——用硅钢片叠 成或 用软磁性 材料做成凸极结 构
4
2、步进电动机的种类：
励磁式——转子有绕组 反应式——转子无绕组 混合式（永磁感应子式）——转子无绕组有磁钢
5
二、步进电动机的工作原理
6
1、结构分析
定子
7
1、结构分析
转子
8
2、工作原理
齿距： 齿距： 设转子的齿数是Z 设转子的齿数是Z， 则齿距为τ=360° 则齿距为τ=360°/Z 设Z为40，则τ为9 ° 40，