步进电机驱动方式的分类及比较演示教学
步进电机的种类及其工作原理课件
04
反应式步进电机
反应式步进电机结构特点
定子与转子
由定子和转子组成，定子上有绕组，转子由软磁材料制成，上有 多个齿。
凸极结构
凸极结构使得转子的齿与定子的极相配合，从而实现步进运动。
绕组分布
绕组通常采用集中绕组或分布式绕组，以提供所需的磁场。
反应式步进电机工作原理
通电顺 序
按照特定的通电顺序依次给各相绕组通电，使得转子按照设定的方 向步进旋转。
步进控制
通过微控制器或驱动器控制电流的流 向和大小，可以控制滑块的移动方向 和速度，从而实现精确的步进控制。
直线步进电机应用领域
工业自动化
直线步进电机广泛应用于各种工业自动化设备中，如数控机 床、激光切割机、包装机等，用于实现工件的精确定位和移动。
医疗器械
由于直线步进电机的步进精度高、噪音低、易于控制等特点， 它也被广泛应用于医疗器械中，如医疗影像设备、手术机器 人等。
运动控制。
仪器仪表
在仪器仪表中，反应式步进 电机常用于驱动指针或显示 器件，实现精确的指示和测量。
办公自动化设备
在办公自动化设备中，如打 印机、复印机、扫描仪等， 反应式步进电机用于驱动纸 张传输、感光鼓旋转等部件， 实现高效的工作。
05
直线步进电机
直线步进电机结构特点
线圈和磁轨
直线步进电机由线圈和磁轨组成，线圈通常被封装在一个移动滑 块中，而磁轨则固定不动。
永磁式步进电机应用领域
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工业自动化 永磁式步进电机广泛应用于各种工业自动化设备 中，如数控机床、包装机械、印刷机械等，实现 精确定位和自动控制。
办公设备 在打印机、复印机、扫描仪等办公设备中，永磁 式步进电机用于驱动进纸、走纸、扫描等部件， 实现精确控制和高效工作。
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。
谢谢您的聆听
THANKS
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
步进电机驱动方式(细分)概述
步进电机驱动方式（细分）概述众所周知，步进电机的驱动方式有整步，半步，细分驱动。
三者即有区别又有联系，目前，市面上很多驱动器支持细分驱动方式。
本文主要描述这三种驱动的概述。
如下图是两相步进电机的内部定子示意图，为了使电机的转子能够连续、平稳地转动，定子必须产生一个连续、平均的磁场。
因为从宏观上看，电机转子始终跟随电机定子合成的磁场方向。
如果定子合成的磁场变化太快，转子跟随不上，这时步进电机就出现失步现象。
既然电机转子是跟随电机定子磁场转动，而电机定子磁场的强度和方向是由定子合成电流决定且成正比。
即只要控制电机的定子电流，则可以达到驱动电机的目的。
下图是两相步进电机的电流合成示意图。
其中Ia是由A-A`相产生，Ib是由B-B`相产生，它们两个合成后产生的电流I就是电机定子的合成电流，它可以代表电机定子产生磁场的大小和方向。
有了以上的步进电机背景描述后，对于步进电机的整步、半步、细分的三种驱动方式，都会是同一种方法，只是电流把一个圆(360°)分割的粗细程序不同。
整步驱动对于整步驱动方式，电机是走一个整步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，整步驱动是每走一步是走3.6°。
下图是整步驱动方式中，电机定子的电流次序示意图：由上图可知，整步驱动每一时刻只有一个相通电，所以这种驱动方式的驱动电路可以是很简单，程序代码也是相对容易实现，且由上图可以得到电机整步驱动相序如下：BB’→A’A→B’B→A A’→B B’下图是这种驱动方式的电流矢量分割图：可见，整步驱动方式的电流矢量把一个圆平均分割成四份。
下图是整步驱动方式的A、B相的电流I vs T图：可以看出，整步驱动描出的正弦波是粗糙的。
使用这种方式驱动步进电机，低速时电机会抖动，噪声会比较大。
但是，这种驱动方式无论在硬件或软件上都是相对简单，从而驱动器制造成本容易得到控制。
半步驱动对于半步驱动方式，电机是走一个半步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，半步驱动是每走一步，是走1.8°(3.6°/2)。
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
步进电机的种类及其工作原理课件
步进电机通过连续的脉冲信号控制电机的连续转动，从而实现精确定位。
步进电机的控制方式
01
02
03
电流控制
通过控制电机绕组的电流 大小和方向，实现电机的 转动和停止。
速度控制
通过改变输入脉冲的频率 ，实现电机的调速控制。
位置控制
通过控制输入的脉冲数量 ，实现电机的精确定位。
03 步进电机的种类步进电机主要包括定子和转子两 部分，定子上有多相绕组，转子 有齿槽结构。
驱动器
驱动器负责给步进电机提供电源 和控制信号，驱动器内部包含环 形分配器和功率放大器等元件。
步进电机的工作方式
步进模式
步进电机按照一定的步进模式工作，每输入一个脉冲信号，电机就转动一定的 角度。
反应式步进电机
总结词
反应式步进电机是一种利用磁通变化产生转矩的电机，具有结构简单、成本低、控制精度高等优点。
详细描述
反应式步进电机由定子和转子组成，转子上安装有多个小磁铁，定子上安装有励磁绕组。当励磁绕组 按照一定顺序通电时，磁通变化产生转矩，驱动转子转动。反应式步进电机的步进角度和转速可以通 过改变通电顺序和电流大小进行调节。
步进电机的种类及其工作原理课件
• 步进电机简介 • 步进电机的工作原理 • 步进电机的种类 • 步进电机的控制与驱动 • 步进电机的发展趋势与未来展望
01 步进电机简介
步进电机的定义
01
步进电机是一种将电脉冲信号转 换成角位移或线位移的机电元件 ，通过控制输入的脉冲数量和频 率，实现电机的步进转动。
步进电机的分类
根据相数分类
步进电机可分为单相、两相、三相和多相电机。不同相数的步进电机具有不同的 性能和应用场合。
根据转子形状分类
步进电机的三种驱动方式
步进电机的三种驱动方式步进电机的驱动方式有整步驱动，半步驱动，细分驱动，这三种驱动方式。
这三种驱动方式之间既有着联系，又有着他们的区别。
现在大部分驱动器都支持细分驱动。
下图是两相步进电机的内部定子示意图，为了使电机的转子能够连续、平稳地转动，定子必须产生一个连续、平均的磁场。
因为从宏观上看，电机转子始终跟随电机定子合成的磁场方向。
如果定子合成的磁场变化太快，转子跟随不上，这时步进电机就出现失步现象。
既然电机转子是跟随电机定子磁场转动，而电机定子磁场的强度和方向是由定子合成电流决定且成正比。
即只要控制电机的定子电流，则可以达到驱动电机的目的。
下图是两相步进电机的电流合成示意图。
其中Ia是由A-A`相产生，Ib是由B-B`相产生，它们两个合成后产生的电流I就是电机定子的合成电流，它可以代表电机定子产生磁场的大小和方向。
有了以上的步进电机背景描述后，对于步进电机的整步、半步、细分的三种驱动方式，都会是同一种方法，只是电流把一个圆(360°)分割的粗细程序不同。
整步驱动对于整步驱动方式，电机是走一个整步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，整步驱动是每走一步是走3.6°。
下图是整步驱动方式中，电机定子的电流次序示意图：由上图可知，整步驱动每一时刻只有一个相通电，所以这种驱动方式的驱动电路可以是很简单，程序代码也是相对容易实现，且由上图可以得到电机整步驱动相序如下：BB’→A’A→B’B→AA’→BB’下图是这种驱动方式的电流矢量分割图：可见，整步驱动方式的电流矢量把一个圆平均分割成四份。
下图是整步驱动方式的A、B相的电流I vs T图：可以看出，整步驱动描出的正弦波是粗糙的。
使用这种方式驱动步进电机，低速时电机会抖动，噪声会比较大。
但是，这种驱动方式无论在硬件或软件上都是相对简单，从而驱动器制造成本容易得到控制。
半步驱动对于半步驱动方式，电机是走一个半步，如对于一个步进角是3.6°的步进电机，半步驱动是每走一步，是走1.8°(3.6°/2)。
一文解析步进电机三种驱动方式的优缺点
一文解析步进电机三种驱动方式的优缺点众所周知，步进电机的驱动方式有整步，半步，细分驱动。
三者既有区别又有联系，目前，市面上很多驱动器支持细分驱动方式。
大家都知道步进电动机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制电机，常作为数字控制系统中的执行元件。
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（这个角度叫做歩距角）。
正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。
本文小编将带领大家详细的了解步进电机整步驱动、半步驱动、细分驱动的工作原理及优缺点。
步进电机的驱动方式如下图是两相步进电机的内部定子示意图，为了使电机的转子能够连续、平稳地转动，定子必须产生一个连续、平均的磁场。
因为从宏观上看，电机转子始终跟随电机定子合成的磁场方向。
如果定子合成的磁场变化太快，转子跟随不上，这时步进电机就出现失步现象。
既然电机转子是跟随电机定子磁场转动，而电机定子磁场的强度和方向是由定子合成电流决定且成正比。
即只要控制电机的定子电流，则可以达到驱动电机的目的。
下图是两相步进电机的电流合成示意图。
其中Ia是由A-A`相产生，Ib是由B-B`相产生，它们两个合成后产生的电流I就是电机定子的合成电流，它可以代表电机定子产生磁场的大小和方向。
基于以上步进电机的背景描述，对于步进电机的整步、半步、细分的三种驱动方式，都会是同一种方法，只是电流把一个圆（360）分割的粗细程度不同。
1、整步驱动对于整步驱动方式，电机是走一个整步，如对于一个步进角是3.6的步进电机，整步驱动是每走一步是走3.6。
下图是整步驱动方式中，电机定子的电流次序示意图：。
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步进电机驱动方式的分类及比较
步进电机驱动方式的分类及比较
步进电机驱动方式的分类及比较：步进电机驱动方法的分类主要有恒电压驱动方式、恒电流斩波驱动方式和细分驱动方式。
以下是这几种驱动方式的简介及比较。
1 恒电压驱动方式
1．1 单电压驱动
单电压驱动是指在电机绕组工作过程中，只用一个方向电压对绕组供电。
如图2所示，L为电机绕组，VCC为电源。
当输入信号In为高电平时，提供足够大的基极电流使三极管T处于饱和状态，若忽略其饱和压降，则电源电压全部作用在电机绕组上。
当In为低电平时，三极管截止，绕组无电流通过。
为使通电时绕组电流迅速达到预设电流，串入电阻Rc；为防止关断T时绕组电流变化率太大，而产生很大的反电势将T击穿，在绕组的两端并联一个二极管D和电阻Rd，为绕组电流提供一个泄放回路，也称“续流回路”。
单电压功率驱动电路的优点是电路结构简单、元件少、成本低、可靠性高。
但是由于串入电阻后，功耗加大，整个功率驱动电路的效率较低，仅适合于驱动小功率步进电机。
1．2 高低压驱动
为了使通电时绕组能迅速到达设定电流，关断时绕组电流迅速衰减为零，同时又具有较高的效率，出现了高低压驱动方式。
如图3所示，Th、T1分别为高压管和低压管，Vh、V1分别为高低压电源，Ih、I1分别为高低端的脉冲信号。
在导通前沿用高电压供电来提高电流的前沿上升率，而在前沿过后用低电压来维持绕组的电流。
高低压驱动可获得较好的高频特性，但是由于高压管的导通时间不变，在低频时，绕组获得了过多的能量，容易引起振荡。
可通过改变其高压管导通时间来解决低频振荡问题，然而其控制电路较单电压复杂，可靠性降低，一旦高压管失控，将会因电流太大损坏电机。
2 恒电流斩波驱动方式
2．1 自激式恒电流斩波驱动
图4为自激式恒电流斩波驱动框图。
把步进电机绕组电流值转化为一定比例的电压，与D／A转换器输出的预设值进行比较，控制功率管的开关，从而达到控制绕组相电流的目的。
从理论上讲，自激式恒电流斩波驱动可以将电机绕组的电流控制在某一恒定值。
但由于斩波频率是可变的，会使绕组激起很高的浪涌电压，因而对控制电路产生很大的干扰，容易产生振荡，可靠性大大降低。
2．2 它激式恒电流斩波驱动
为了解决自激式斩波频率可变引起的浪涌电压问题，可在D触发器加一个固定频率的时钟。
这样基本上能解决振荡问题，但仍然存在一些问题。
比如：当比较器输出的导通脉冲刚好介于D触发器的2个时钟上升沿之间时，该控制信号将丢失，一般可通过加大D触发器时钟频率解决。
3 细分驱动方式
这是本文讨论的重点，也是该系统采用的驱动方法。
细分驱动最主要的优点是步距角变小，分辨率提高，且提高了电机的定位精度、启动性能和高频输出转矩；其次，减弱或消除了步进电机的低频振动，降低了步进电机在共振区工作的几率。
可以说细分驱动技术是步进电动机驱动与控制技术的一个飞跃。
细分驱动是指在每次脉冲切换时，不是将绕组的全部电流通入或切除，而是只改变相应绕组中电流的一部分，电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分。
细分驱动时，绕组电流不是一个方波而是阶梯波，额定
电流是台阶式的投入或切除。
比如：电流分成n个台阶，转子则需要n次才转过一个步距角，即n细分，
如图5所示。
一般的细分方法只改变某一相的电流，另一相电流保持不变。
如图5所示，在O°～45°，Ia保持不变，Ib由O逐级变大；在45°～90°，Ib保持不变，Ia由额定值逐级变为0。
该方法的优点是控制较为简单，在硬件上容易实现；但由图6所示的电流矢量合成图可知，所合成的矢量幅值是不断变化的，输出力矩也跟着不断变化，从而引起滞后角的不断变化。
当细分数很大、微步距角非常小时，滞后角变化的差值已大于所要求细分的微步距角，使得细分实际上失去了意义。
这就是目前常用的细分方法的缺陷，那么有没有一种方法让矢量角度变化时同时保持幅值不变呢?由上面分析可知，只改变单一相电流是不可能的，那么同时改变两相电流呢?即Ia、Ib以某一数学关系同时变化，保证变化过程中合成矢量幅值始终不变。
基于此，本文建立一种“额定电流可调的等角度恒力矩细分”驱动方法，以消除力距不断变化引起滞后角的问题。
如图7所示，随着A、B两相相电流Ia、Ib的合成矢量角度不断变化，其幅值始终为圆的半径。
下面介绍合成矢量幅值保持不变的数学模型：当Ia=Im·cosx，Ib=Im·sinx时（式中Im为电流额定值，Ia、Ib为实际的相电流，x由细分数决定），其合成矢量始终为圆的半径，即恒力距。
等角度是指合成的力臂每次旋转的角度一样。
额定电流可调是指可满足各种系列电机的要求。
例如，86系列电机的额定电流为6～8 A，而57系列电机一般不超过6 A，驱动器有各种档位电流可供选择。
细分为对额定电流的细分。
为实现“额定电流可调的等角度恒力距”，理论上只要各相相电流能够满足以上的数学模型即可。
这就要求电流控制精度非常高，不然Ia、Ib所合成的矢量角将出现偏差，即各步步距角不等，细分也失去了意义。
下面给出了基于该驱动方法的驱动器的设计方案。