三相步进电机原理与控制方法资料
三相步进电机
双三拍 03H，06H，05H
★ 三相六拍 01H，03H，02H，06H，04H ，05H
以上为步进电机正转时的控制顺序及数学模
型，
2020/3/23
微机控制技术
4．4．3 步进电机与微型机的接口 及程序设计
4.步进电机与微型机的接口电路
（1）由于步进电机的驱动电流较大，所以微型 机与
步进电机的连接都需要专门的接口及驱动电 路。
可用 PC.O、PC.1、PC.2 分别接至步进电机的 A、 B、 C 三相绕组。
（2）根据所选定的步进电机及控制方式，写出相应控制 方 式的数学模型。 上面讲的三种控制方式的数学模型分别为：
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4．4．2 步进电机控制系统原理
★ 三相单三拍
控制位
工控
步 PC PC PC PC PC PC PC PC 作 制 序 .7 .6 .5 .4 .3 .2 .1 .0 状 模
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4．4．3 步进电机与微型机的接口
及程序设计
图4—45 步进电机与微型机接口电路之二
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4．4．3 步进电机与微型机的接口 及程序设计
2.步进电机程序设计 (1)步进电机程序设计的主要任务是： ★ 判断旋转方向； ★ 按顺序传送控制脉冲； ★ 判断所要求的控制步数是否传送完毕
对于节拍比较多的控制程序， 通常采用循环程序进行设计。
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4．4．3 步进电机与微型机的接口 及程序设计
（4）循环程序
三相步进开环矢量控制
三相步进开环矢量控制
三相步进开环矢量控制是一种常用的电机控制方法，它可以精确地控制电机的转速和方向。
在这种控制方法中，我们需要使用三相电流和三相电压来控制电机的运行。
我们需要了解三相步进电机的工作原理。
三相步进电机是一种特殊的电机，它通过依次激励电机的三个绕组来实现转动。
当电流通过绕组时，绕组会产生磁场，这个磁场会与永磁体或其他磁场相互作用，从而使电机转动。
在三相步进开环矢量控制中，我们需要使用电流环和速度环来控制电机的运行。
电流环用于控制电机的电流，通过调节电流大小和相位，可以控制电机的输出转矩。
速度环用于控制电机的转速，通过调节电机的输入电压和频率，可以控制电机的转速。
在控制过程中，我们需要根据电机的运行状态来调整控制参数。
例如，当电机需要加速时，我们可以增加电流和电压的大小，以增加输出转矩和转速。
当电机需要减速或停止时，我们可以减小电流和电压的大小，以减小输出转矩和转速。
三相步进开环矢量控制还可以通过反馈控制来提高控制的精度和稳定性。
例如，我们可以使用编码器或传感器来监测电机的转速和位置，并将这些信息反馈给控制系统，以便及时调整控制参数。
三相步进开环矢量控制是一种常用的电机控制方法，它可以精确地
控制电机的转速和方向。
通过合理调整控制参数和使用反馈控制，我们可以实现更加精准和稳定的电机控制。
这种控制方法在许多领域都有广泛的应用，例如机械制造、自动化控制等。
三相步进电机原理与控制方法资料(精)
本模块由45BC340C型步进电机及其驱动电路组成。
(一步进电机:一般电动机都是连续旋转,而步进电动却是一步一步转动的,故叫步进电动机。
每输入一个脉冲信号,该电动机就转过一定的角度(有的步进电动机可以直接输出线位移,称为直线电动机。
因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移(或直线位移的执行元件。
步进电动机的转子为多极分布,定子上嵌有多相星形连接的控制绕组,由专门电源输入电脉冲信号,每输入一个脉冲信号,步进电动机的转子就前进一步。
由于输入的是脉冲信号,输出的角位移是断续的,所以又称为脉冲电动机。
随着数字控制系统的发展,步进电动机的应用将逐渐扩大。
步进电动机的种类很多,按结构可分为反应式和激励式两种;按相数分则可分为单相、两相和多相三种。
图1 反应式步进电动机的结构示意图图1是反应式步进电动机结构示意图,它的定子具有均匀分布的六个磁极,磁极上绕有绕组。
两个相对的磁极组成一组,联法如图所示。
模块中用到的45BC340型步进电机为三相反应式步进电机,下面介绍它单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。
1、单三拍通电方式的基本原理设A相首先通电(B、C两相不通电,产生A-A′轴线方向的磁通,并通过转子形成闭合回路。
这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。
在磁场的作用下,转子总是力图转到磁阻最小的位置,也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置(图2a;接着B相通电(A、C 两相不通电,转了便顺时针方向转过30°,它的齿和C、C′极对齐(图2c。
不难理解,当脉冲信号一个一个发来时,如果按A→C→B→A→…的顺序通电,则电机转子便逆时针方向转动。
这种通电方式称为单三拍方式。
图2 单三拍通电方式时转子的位置2、六拍通电方式的基本原理设A相首先通电,转子齿与定子A、A′对齐(图3a。
然后在A相继续通电的情况下接通B相。
这时定子B、B′极对转子齿2、4产生磁拉力,使转子顺时针方向转动,但是A、A′极继续拉住齿1、3,因此,转子转到两个磁拉力平衡为止。
三相反应式步进电动机的工作原理
三相反应式步进电动机的工作原理
三相反应式步进电动机是一种常见的电动机类型，其工作原理基于电磁感应的基本原理和步进电机特有的结构。
这种电动机能够将电能转换为机械能，实现精确的步进运动，广泛应用于自动控制系统、医疗设备、打印机等领域。
这种电动机的核心部件包括定子（驱动器）和转子（旋转部件）。
定子中包含着三个电磁线圈，分别对应三相电源的各个相位。
通过依次对这三个线圈通电，可以产生可旋转的磁场，从而驱动转子旋转。
而转子上的磁铁则会受到这一磁场的作用，从而实现转子的步进运动。
三相反应式步进电动机的原理可简要概括如下：
1.相位控制：通过周期性地改变各个相位线圈的通电顺序和电流大小，可以控制电
动机的旋转方向和速度。
这种相位控制能够确保电动机按照精确的步进角度进行旋转。
2.磁场互动：当线圈中通入电流时，会在定子中产生磁场。
这些磁场与转子上的磁
铁相互作用，导致转子受力从而旋转。
通过调整电流和相位的变化，可以控制磁场的大小和方向，实现对转子的精准控制。
3.步进运动：电动机通过依次激活不同线圈，将磁场旋转到不同的位置，从而推动
转子按照固定的步进角度旋转。
这种步进运动特点使得电动机能够实现非常精确的位置控制，适用于需要高精度定位的场合。
总的来说，三相反应式步进电动机的工作原理基于电磁感应和磁场互动的基本原理，通过精确的相位控制和步进运动实现了对转子的精准控制。
这种电动机在自动化控制领域发挥着重要作用，为各种设备的准确运动提供了可靠的驱动力。
1。
三相 步进原理
三相步进原理
三相步进原理是指在三相电源的驱动下，步进电动机按照一定的顺序依次转动的原理。
步进电机通常由若干个固定的电磁线圈组成，每个线圈都对应一定的角度步进。
而三相电源一般由三个互相间隔120度的交流电提供。
具体来说，三相步进电机内部包含多个线圈。
当三相电源的不同相位施加在这些线圈上时，会产生不同的磁场。
这些磁场按照固定的顺序交替产生和消失，从而驱动电机转动。
通过不同的线圈组合和时序控制，可以实现精确的角度步进。
三相步进电机的步进角度和速度取决于驱动信号的频率以及线圈的设计。
一般来说，频率越高，步进角度越小，电机转速越快。
反之，频率越低，步进角度越大，电机转速越慢。
除了角度步进，三相步进电机还具备一些其他特点。
例如，它们可以精确控制转动角度和速度，且可以在停止之后保持固定的位置。
这使得它们在许多需要精密控制和定位的应用领域中得到广泛应用。
总之，三相步进原理是利用三相电源驱动电机内部线圈的磁场交替产生和消失，从而实现精确的角度步进和控制转动角度和速度的原理。
它在自动化控制和精密定位领域有着重要的应用价值。
三相步进电机运行原理
三相步进电机运行原理三相步进电机运行原理：一、三相步进电机基本原理三相步进电机是利用电磁场中的自旋力而产生的有功向量运动，它的运行遵循着磁通和旋转角。
其相应地电路如下图所示。
三相交流步进电机同步电路由三相霍尔继电器和三相换相电路组成，它在此基础上驱动三相交流步进电机进行步进旋转。
二、运行原理步进电机运行总是有起步、变速、停止以及恒速4种情况：1、起步：起步时，驱动器给出信号，继电器通断，绕组由A相迅速向B相，B 相再迅速向C相做换相，转子由迅速向半月的起点检测，此时继电器断开，转子开始转动，同步数据也进行相应的更新，在接下来的步长中在此基础上进行调整。
2、变速：当驱动器输出变速指令后，通过继电器改变磁场强度，改变转子的位置，做出相应调整，从而改变转子运动的角速度，最终实现变速的目的。
3、停止：由于转子中的磁力会在极性改变以后化为热能而消失，这些热能会使转子发生微小位移，造成刹车，从而实现停止的目的。
4、恒速：驱动器在维护恒定频率的时候，检测转子的位置，来计算换相的时机，按照此机制，可以获得恒速的运行，也就是说，转子在某一转速频率下，只要不经过变速，就会一直维持在这个速度下。
三、优点：1、定位准确：三相步进电机可以把信号精准定位，并且拥有良好的冲击抗干扰性，可以解决定位精度要求高的问题，大大提高定位的效率。
2、脉冲宽度低：三相步进电机的脉冲宽度和条件脉冲宽度小，相比其他模式的步进电机，可以降低控制器的功耗和发热量，更合适的空间限制，也可以延长脉冲持续时间，从而提高稳定性。
3、扭矩反应灵敏：驱动器通过改变绕组比，来实现扭矩反应灵敏度龙洋，可以自动调整，从而达到驱动效率更高，更稳定的状态。
总结：三相步进电机可以把信号精准定位、脉冲宽度低、扭矩反应灵敏，运行起步、变速、停止以及恒速等操作都十分高效，在很多场合得到广泛应用，受到各方的一致好评。
PLC控制三相步进电动机
1任务分析1.1分析控制对象三相步进电动机是一种将电脉冲信号转换成直线位移或角位移的执行元件。
步进电机的输出位移量与输入脉冲个数成正比，其转速与单位时间内输入的脉冲数（脉冲频率）成正比，其转向与脉冲分配到步进电机的各相绕组的相序有关。
所以只要控制指令脉冲的数量、频率及电机绕组通电相序，便可控制步进电机的输出位移量、速度和转向。
步进电机具有较好的控制性能，其启动、停车、反转及其它任何运行方式改变，都在少数脉冲内完成，且可获得较高的控制精度，因而得到了广泛的应用。
1.2三相步进电机的控制要求三相的控制要求如下：○1能对三相步进电动机的转速进行控制；○2可实现对三相步进电动机的正反转控制；○3能对三相步进电动机的步数进行控制；2方案设计在步进电动机控制系统中，步进电动机作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差的特点，广泛应用于各种控制中，其控制主要有开环、半闭环、闭环控制。
方案一：开环控制系统图2.1 开环步进电动机控制系统框图开环控制系统没有使用位置、速度检测装置及反馈装置，因此具有结构简单、使用方便、可靠性高、制造成本低等优点。
另外，步进电动机受控于脉冲量，它比直流电机或交流电机组成的开环精度高，适用于精度要求不太高的机电一体化伺服传动系统。
方案二：半闭环控制系统图2.2 半闭环步进电动机控制系统框图半闭环控制系统调试比较方便，并且具有很好的稳定性，不过精度不太高，较少使用。
方案三：闭环控制系统图2.3 闭环步进电动机控制系统框图闭环控制系统定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。
综合三种方案，根据步进电动机的特点，从制造成本与系统结构复杂程度考虑，本设计采用方案一，在开环控制系统中，用PLC控制三相步进电动机。
3 步进电动机的选择现在比较常用的步进电机包括反应式步进电动机，永磁性步进电动机，混合式步进电动机和单相式步进电动机。
永磁式步进电动机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式步进电动机一般为三相，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。
三相步进电机驱动电路设计
三相步进电机驱动电路设计一、引言步进电机是一种将电脉冲信号转换为机械转动的电动机，具有结构简单、定位精度高、起动停止快的特点，被广泛应用于数控机床、机器人、自动化设备等领域。
本文将介绍三相步进电机驱动电路的设计。
二、驱动原理三相步进电机的驱动原理基于磁场交替作用的原理，通过控制电流的改变，使电机在不同的磁场中转动。
它分为两种驱动方式：全、半步进驱动。
全步进驱动方式中，步进电机每接收一个脉冲信号就转动一个步距，而在半步进驱动方式中，步进电机每接收一个脉冲信号就转动半个步距。
本文以全步进驱动为例进行设计。
三、电路设计1.电源电路：步进电机驱动电路需要一个稳定的直流电源，通常使用电容滤波器和稳压电路来提供稳定的电压输出，保证电机正常工作。
2.脉冲发生及控制电路：脉冲发生电路产生脉冲信号，用于控制步进电机的转动。
常用的发生电路有震荡电路和微处理器控制电路。
本文以震荡电路为例，通过计算电容充放电时间确定震荡频率。
3.驱动电路：驱动电路是步进电机的核心，它将脉冲信号转换为电流控制信号，控制步进电机的转动。
常用的驱动方式有双H桥驱动和高低电平驱动。
本文以双H桥驱动为例进行设计。
4.电流检测和反馈电路：为了控制步进电机的转速和转矩，需要对电机的电流进行检测和反馈。
常用的检测电路有电阻检测和霍尔效应检测。
通过检测电流大小，可以调节驱动电流，以达到控制步进电机的效果。
5.保护电路：为了保护步进电机和驱动电路的安全，需要设计相应的保护电路。
常见的保护电路有过流保护电路、过热保护电路和短路保护电路等。
四、总结本文介绍了三相步进电机驱动电路的设计。
通过合理设计电路，可以实现对步进电机的控制和保护，提高步进电机的运行效果和寿命。
未来，可以进一步研究和改进三相步进电机驱动电路的设计，以满足更高精度、更高速度的步进电机应用需求。
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本模块由45BC340C型步进电机及其驱动电路组成。
（一）步进电机：
一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。
每输入一个脉冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。
因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。
步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。
由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。
随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。
步进电动机的种类很多，按结构可分为反应式和激励式两种；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。
图1 反应式步进电动机的结构示意图
图1是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。
两个相对的磁极组成一组，联法如图所示。
模块中用到的45BC340型步进电机为三相反应式步进电机，下面介绍它单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。
1、单三拍通电方式的基本原理
设A相首先通电（B、C两相不通电），产生A-A′轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。
这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。
在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置（图2a）；接着B相通电（A、C 两相不通电），转了便顺时针方向转过30°，它的齿和C、C′极对齐（图2c）。
不难理解，当脉冲信号一个一个发来时，如果按A→C→B→A→…的顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。
这种通电方式称为单三拍方式。
图2 单三拍通电方式时转子的位置
2、六拍通电方式的基本原理
设A相首先通电，转子齿与定子A、A′对齐（图3a）。
然后在A相继续通电的情况下接通B相。
这时定子B、B′极对转子齿2、4产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是A、A′极继续拉住齿1、3，因此，转子转到两个磁拉力平衡为止。
这时转子的位置如图3b所示，即转子从图(a)位置顺时针转过了15°。
接着A相断电，B相继续通电。
这时转子齿2、4和定子B、B′极对齐（图c），转子从图(b)的位置又转过了15°。
其位置如图3d所示。
这样，如果按A→A、B→B→B、C→C→C、A→A…的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角15°。
电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。
如果按A→A、C→C→C、B→B→B、A→A…的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。
这种通电方式称为六拍方式。
a.A相通电
b.A、B相通电
c.B相通电
d.B、C相通电
图3 六拍通电时转子位置
3、双三拍通电方式的基本原理
如果每次都是两相通电，即按A、B→B、C→C、A→A、B→…的顺序通电，则称为双三拍方式，从图3b，和图3d可见，步距角也是30°。
因此，采用单三拍和双三拍方式时转子走三步前进了一个齿距角，每走一步前进了三分之一齿距角；采用六拍方式时，转子走六步前进了一个齿距角，每走一步前进了六分之一齿距角。
因此步距角θ可用下式计算：
θ＝360°/Zr×m
式中Zr是转子齿数；m是运行拍数。
一般步进电动机最常见的步距角是3°或1．5°。
由上式可知，转子上不只4个齿（齿距角90°），45BC340C有40个齿（齿距角为9°）。
为了使转子齿与定子齿对齐，两者的
齿宽和齿距必须相等。
因此，定子上除了6个极以外，在每个极面上还有5个和转子齿一样的小齿。
步进电动机的结构图如图4所示。
图4 三相反应式步进电动机的结构图
由上面介绍可知，步进电动机具有结构简单、维护方便、精确度高、起动灵敏、停车准确等性能。
此外，步进电动机的转速决定于电脉冲频率，并与频率同步。
（二）、驱动电路：
本模块采用星型接发，三相绕阻的公共端接+12V，另三端控制信号先经74HC04反相后驱动NPN三极管2N2222A，由三极管输出驱动步进电机，原理如下：。