步进电动机的结构与工作原理
4.4 步进电动机
电机对外做功的能源。 电磁转矩T驱使转子转过偏转角dθ 时，步进电动机对外输出的机械 能 Tdθ ，从能量平衡关系 Tdθ = dWm 即静态转矩为 在线性系统中
dW dWm dθ 1 Wm = LI 2 2 T=
若控制绕组中的电流I为常数，每相控制绕组是两个极上绕组串接而成， 且每极绕组的匝数为N，则
n= 60 f Zr N
f 为控制脉冲的频率，即每秒输入的脉冲数。 反应式步进电动机的转速取决于脉冲频率、转子齿数和拍数，与电源电 压、负载、温度等因素无关。改变脉冲频率可以改变转速，故可进行无 级调速。
f 60 f 60 f 360o n= = = o θs 步进电动机的转速还可用步距角表示 Zr N Zr N 360o 6
N NZr N ， N为运行拍数， = k ⋅ m (k = 1 2) ，m为电机相数。
步距角与拍数N及转子齿数Zt有关。减小步距角，可提高控制精度。 在一个齿距内磁场变化一个周期，用电角度表示时，一个齿距就对应 360°电角度（或 2π 电弧度)。用电角度（或电弧度）表示的齿距角 为 θte = 360o 。
图4-29 永磁式步进电动机
4.5.1 步进电动机的其它类型
3. 感应子式永磁步进电动机
图4-30 感应子式永磁步进电动机
结构 两相感应子式永磁步进电动机的定子结构与单段反应式步进电 动机相同，1、3、5、7极上的控制绕组串联为A相，2、4、6、8极 上的控制绕组串联为B相。转子是由环形磁铁和两端铁心组成。两 端转子铁心上沿外圆周开有小齿，两端铁心上的小齿彼此错过1/2齿 距。定、转子齿数的配合与单段反应式步进电动机相同。
四相八拍运行时的步距角是四相四拍运行时的一半。 四相双四拍运行 通电方式为AC→CB→BD→DA→…。步距角与四相单四拍运行时一样 为1/4齿距角，即1.8°。
步进电机
转角：由脉冲数控制 转速：由脉冲频率控制
转向：由方向信号确定
步进电机的分类
可变磁阻式（VR型）:转子以软铁加工成齿状，
当定子线圈不加激磁电压时，保持转矩为零，故 其转子惯性小、响应性佳，但其容许负荷惯性并 不大。其步进角通常为15°。 永久磁铁式（PM型）：转子由永久磁铁构成， 其磁化方向为辐向磁化，无激磁时有保持转矩。 依转子材质区分，其步进角有45°、90°及 7.5°、11.25°、15°、18°等几种。 混合式（HB型）：转子由轴向磁化的磁铁制成， 磁极做成复极的形式，兼采可变磁阻式步进电机 及永久磁铁式步进电机的优点，精确度高、转矩 大、步进角度小。混合式步进电机随着相数（通 电绕组数）的增加，步进角减小，精度提高，这 种步进电机的应用最为广泛。
步进电机减速器
减速器是一种动力传达 机构，利用齿轮的速度 转换器，将电机的回转 数减速到所要的回转数， 并得到较大转矩的机构。 减速机具有减速及增加 转矩功能，用于低转速 大扭矩的传动设备。 原理：轴上的齿数少的 齿轮啮合输出轴上的大 齿轮来达到减速的目的。
手动脉冲发生器 （码盘）
不需要驱动器，直接接步进电机，多用于手动控制数控 机床的面板。
4．动作灵敏：步进电机因为加速性能优越，所以可做 到瞬时起动、停止、正反转之快速、频繁的定位动作。 5．开回路控制、不必依赖传感器定位：步进电机的控 制系统构成简单，不需要速度感应器及位置传感器就 能以输入的脉波做速度及位置的控制。也因其属开回 路控制，故最适合于短距离、高频度、高精度之定位 控制的场合下使用。 6．中低速时具备高转矩：步进电机在中低速时具有较 大的转矩，故能够较同级伺服电机提供更大的扭力输 出。 7．高信赖性：使用步进电机装置与使用离合器、减速 机及极限开关等其它装置相较，步进电机的故障及误 动作少，所以在检查及保养时也较简单容易。 8．小型、高功率：步进电机体积小、扭力大，尽管于 狭窄的空间内，仍可顺利做安装，并提供高转矩输出。
第四讲 步进电动机
1
步进电机的控制
(2)控制步进电机的转向 如果给定工作方式正序换相通电，步进电机正转，如果按反序通电换相，则
电机就反转。
(3)控制步进电机的速度 如果给步进电机发一个控制脉冲，它就转一步，再发一个脉冲，它会再转一 步。两个脉冲的间隔越短，步进电机就转得越快。调整单片机发出的脉冲频率， 就可以对步进电机进行调速。
目 录
1
2
步距角和静态步距误差 最大静转矩 矩频特性 起动频率和连续运行频率
11
3 4
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步距角和静态步距误差
步距角也称为步距，是指步进电动机改变一次通电方式转子转过的角度。步 距角与定子绕组的相数、转子的齿数和通电方式有关。
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最大静转矩
步进电动机的静特性，是指步进电动机在稳定状态（即步进电动机处于通电 状态不变，转子保持不动的定位状态）时的特性，包括静转矩、矩角特性及静 态稳定区。静转矩是指步进电动机处于稳定状态下的电磁转矩。
步进电机可分为反应式步进电机（简称VR）、永磁式步进电机（简称PM） 和混合式步进电机（简称HB）。
1
步进电机的控制
步进电机的驱动电路根据控制信号工作，控制信号由单片机产生。其基本原 理作用如下： (1)控制换相顺序 通电换相这一过程称为脉冲分配。例如：三相步进电机的三拍工作方
式， 其各相通电顺序为A-B-C-D,通电控制脉冲必须严格按照这一顺序分别控制
混合式步进电机（简称HB）。
1
打印机中步进电机的常见故障排查
打印机步进电机的制造精度较高，其故障主要表现为不进纸。判断该类电机 是否损坏，可采用以下方法： 1. 根据步进电机上所标注的阻值测量其电阻。 2. 测量时可先用万用表将引线分为两组(各引线相通的为一组)，再用测电阻 的方法找出每一组的中心抽头端，中心端应对其他两端等电阻且与标注电阻值相 符。 3. 用步进电机上所标注的电源电压(或电路中电机的工作电压)进行试验。 4. 有的步进电机具有两个相同的绕组，但无中心抽头端。
步进马达工作原理
步进电机工作原理步进电机是一种将电脉冲信号转化为机械转动的电动机。
它具有精确的位置控制、高转矩和快速响应的特点，被广泛应用于自动化控制系统中。
步进电机的工作原理基于磁场与电流之间的相互作用。
它由一个或多个定子线圈和一个旋转的转子组成，通过控制定子线圈通电和断电来实现精确的旋转运动。
1. 简介步进电机可以分为两种类型：永磁式步进电机和混合式步进电机。
永磁式步进电机由一个旋转的永磁体和一组定子线圈组成，通过改变定子线圈中的电流方向来控制旋转方向。
混合式步进电机结合了永磁式和可变磁阻式两种原理，具有更高的分辨率和更大的扭矩。
2. 工作原理步进电机通过在定子线圈中施加脉冲信号来实现旋转运动。
每个脉冲信号使得定子线圈中产生一个特定的磁场方向，这个磁场将与转子上的磁场相互作用，从而产生转矩。
步进电机的转子上通常有一组磁极，每个极对应一个角度。
当脉冲信号施加在定子线圈上时，定子线圈中的电流会在磁铁中产生一个特定的磁场。
这个磁场与转子上的磁极相互作用，使得转子旋转到一个新的角度。
3. 步进角和步进模式步进电机的旋转是按照一定的角度进行的，这个角度称为步进角。
步进角取决于步进电机的结构和驱动方式。
常见的步进电机有1.8度、0.9度和0.45度等。
步进电机可以以不同的方式工作，称为步进模式。
常见的步进模式有全步进模式（Full Step）、半步进模式（Half Step）和微步进模式（Microstep）等。
在全步进模式下，每个脉冲信号使得转子旋转一个完整的步进角；在半步进模式下，每个脉冲信号使得转子旋转半个步进角；在微步进模式下，每个脉冲信号使得转子旋转一个更小的角度。
4. 驱动电路步进电机需要一个驱动电路来控制定子线圈的通断。
常见的驱动电路有双极性和单极性两种。
双极性驱动电路使用H桥电路来实现正反转。
它通过控制四个开关的状态来改变定子线圈中的电流方向，从而控制旋转方向。
双极性驱动电路简单可靠，适用于大多数步进电机。
步进电机的分类;简述步进电机的工作原理
步进电机的分类;简述步进电机的工作原理一、引言步进电机是一种将电脉冲信号转换成角位移的电动机，广泛应用于打印机、数控机床、纺织、医疗器械、精密仪器仪表等设备中。
本文将围绕步进电机的分类和工作原理展开讨论，通过深度和广度兼具的分析，帮助读者更好地理解和应用步进电机。
二、步进电机的分类1. 按照工作原理分类步进电机可以根据其工作原理分为磁性、霍尔效应和混合式步进电机。
其中，磁性步进电机主要由永磁体和电磁线圈构成，它的工作原理是利用电磁线圈中产生的磁场与永磁体磁场之间的吸引和排斥作用来实现转动。
霍尔效应步进电机则是利用霍尔元件检测转子位置而进行步进运动。
混合式步进电机则是将两种原理进行了有机结合，综合了两者的优点，具有较高的精度和扭矩。
2. 按照结构分类步进电机根据结构不同也可分为单转子步进电机和双转子步进电机。
单转子步进电机结构简单，适用于一般的定位应用；双转子步进电机通过在转子上添加转子齿和隔板，可以大大提高定位精度和抗负载能力，适用于高端控制系统。
三、步进电机的工作原理步进电机的工作原理可以简单概括为根据控制信号实现电磁线圈的通断来控制转子旋转。
具体来说，通过电流控制，电磁线圈产生的磁场与永磁体间不断吸引和排斥，从而实现转子的旋转。
步进电机的角位移是由电脉冲信号的频率和数量决定的，不同的驱动方式会影响步进电机的运动特性，通常可采用全步进、半步进和微步进等方式。
四、结论与展望通过对步进电机的分类和工作原理的深度和广度兼具的讨论，相信读者已经对步进电机有了更清晰的理解。
在今后的应用中，我们还可以深入研究步进电机的控制技术、驱动方式以及在不同领域的应用案例，以期更好地发挥步进电机的优势作用。
步进电机作为一种精密定位设备，必将在工业自动化领域发挥越来越重要的作用。
个人观点和理解：在我看来，步进电机作为一种精密定位设备，在工业生产和日常生活中扮演着非常重要的角色。
其高精度、高可靠性的特点使其在自动控制系统中得到广泛应用。
直流步进电机工作原理
直流步进电机工作原理直流步进电机是一种常见的电动机，其工作原理基于磁场与电流之间的相互作用。
它具有结构简单、控制方便和精度高等优点，被广泛应用于自动控制系统中。
直流步进电机由定子、转子和控制电路组成。
定子是由若干个磁极和线圈组成，线圈通电时会产生磁场。
转子是由永磁体或磁极组成，它们的极性与定子的极性相对应。
控制电路根据输入的指令，控制线圈通电和断电，从而使转子按一定的步距旋转。
当线圈通电时，定子的磁场与转子的磁场相互作用，使转子受到力矩的作用而旋转。
控制电路根据事先设定的步距和方向，依次通电和断电，使转子按照一定的步数和方向旋转。
通过不断重复这个过程，就可以实现精确的位置控制。
直流步进电机的工作原理可以从磁场和电流的角度来理解。
首先，当线圈通电时，产生的磁场会与转子的磁场相互作用，产生力矩使转子旋转。
其次，控制电路通过控制线圈的通断，改变磁场的方向和大小，从而控制转子的运动。
直流步进电机的运动是离散的，每一次步进是由线圈的通断控制的。
步距的大小取决于线圈的结构和电流的大小，通常可以通过控制电路来调整。
而步进电机的旋转方向可以通过控制电路中的信号来改变，可以实现正转、反转和停止等操作。
直流步进电机的控制电路是实现精确控制的关键。
控制电路根据输入的指令，通过电子元件的开关控制线圈的通断，从而控制电机的运动。
常见的控制方式有全步进、半步进和微步进等，可以根据具体的应用需求选择合适的方式。
直流步进电机的工作原理是基于磁场与电流之间的相互作用。
通过控制线圈的通断，可以实现精确的位置控制和运动控制。
直流步进电机在自动控制系统中有着广泛的应用，如打印机、数控机床、机器人等领域。
随着科技的不断发展，直流步进电机的性能和控制技术也在不断提升，将为各行各业的自动化控制带来更多的便利和创新。
步进电机和直流无刷电机内部结构
步进电机和直流无刷电机内部结构
步进电机和直流无刷电机是常见的两种电机类型，它们在内部结构上有一些区别。
1. 步进电机的内部结构：
步进电机由定子、转子、磁路和绕组等组成。
定子通常是由磁铁或电磁铁制成，用于产生磁场。
转子通常是由带有磁性材料的齿轮或磁铁制成，围绕着定子旋转。
步进电机中的绕组被连到外部的电源，从而使电机产生磁场并实现旋转。
步进电机的转子以步进的方式运动，每次接收一个控制信号就会迈进一个固定的角度。
2. 直流无刷电机的内部结构：
直流无刷电机由永磁体、定子、转子和电子元件等组成。
永磁体通常由强磁性材料制成，用于产生磁场。
定子是包含绕组的部分，它的绕组被连接到外部电源，使电机产生磁场。
转子通常由带有磁性材料的永磁体制成，并通过与定子磁场的相互作用来旋转。
直流无刷电机的电子元件负责控制定子绕组的电流，以实现转子的旋转控制。
总的来说，步进电机是一种根据控制信号进行精确步进运动的电机，而直流无刷电机则通过电子元件控制定子电流，实现平滑的旋转运动。
这两种电机在不同的应用场景中有着各自的优势和特点。
步进电机结构及工作原理
小步距角的步进电动机
实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5 度，步距角越小，机加工的精度越高。
为产生小步距角，定、转子都做成多齿的， 图中转子40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁 极上也有五个齿。
13.7 步进电动机
转子的齿距等于360/ 40=9 ，齿宽、齿槽各4.5 。 为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，
由单片机实现脉冲发生器+脉冲分配器的功能
注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进 机通的是直流电脉冲，这主要是指线路的联接和组数的区别。
13.7.2 工作原理
三相步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、 三相单双六拍、三相双三拍等。
一、三相单三拍
（1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为：
A相B相C相
（3）工作过程
步进电机结 构及工作原
理
步进电动机的种类
通常按励磁方式分为三大类：
1）反应式： 转子为软磁材料，无绕组，定、转子开小齿、步距角小。
2）永磁式： 转子为永磁材料，转子的极数=每相定子极数，不开小齿，
步距角较大，力矩较大 3）永磁感应(混合式)：
转子为永磁式、两段，开小齿，转矩大、动态性能好、步距 角小，但结构复杂，成本较高。
齿宽和齿槽和转子相同。
13.7 步进电动机
工作原理：假设是单三拍通电工作方式。
（1）A 相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对 齐。此时，B 相和 A 相空间差120，含
120/9 = 13 1 齿 3
A 相和 C 相差240，含240/ 9 = 26 2 个齿。 所以，A 相的转子、定子的五个小齿对齐时3，B 相、 C 相不能对齐，B相的转子、定子相差 1/3 个齿 （3），C相的转子、定子相差2/3个齿（6）。
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步进电动机的结构与工作原理
步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号转换成线位移或角位移的电机。
每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离。
步进电动机
步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。
主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。
步进电动机的特点：
(1)来一个脉冲，转一个步距角。
(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。
(3)改变脉冲顺序，改变方向。
步进电动机的种类
根据励磁式方式的不同分为：反应式、永磁式和混合式（又叫感应子式）三种。
反应式步进电机的应用较多。
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。
图7-20 （a）三相反应式步进电动机工作原理图
A 相通电，A 方向的磁通经转子形成闭合回路。
若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。
A 相通电使转子1、3齿和AA' 对齐。
图7-20 （b）三相反应式步进电动机工作原理图
同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30；
图7-20 （c）三相反应式步进电动机工作原理图
最后，C相通电，转子1、3齿和C相轴线对齐，相对B相通电比较，转子再次转动30。
步进电动机的结构
步进机主要由两部分构成：定子和转子。
它们均由磁性材料构成，以三相为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极。
步进电动机结构简图
定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。
注意：这里的相和交流电中的“相”的概念不同。
步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数的区别。
图7-22 三相反应式步进电动机结构原理图
步进电动机工作方式
(以三相步进电机为例)步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相六拍、三相双三拍等。
一、三相单三拍
三相绕组中的通电顺序为：
这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。
三相单三拍的特点：
1）每来一个电脉冲，转子转过30。
此角称为步距角，用b表示。
2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。