步进电机的工作原理及其原理图
步进电机控制原理
步进电机控制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步进电机件。
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，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，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。
可以通过控制脉冲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。
一、步进电机的工作原理该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。
只要对步进电机的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。
图1是该四相反应式步进电机工作原理示意图。
开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐，同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。
当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。
而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。
依次类推，A、B、C、D 四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。
四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。
单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。
八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。
单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图2.a、b、c所示：a. 单四拍b. 双四拍c八拍51单片机驱动步进电机的方法:驱动电压12V，步进角为7.5度. 一圈360 度, 需要48 个脉冲完成!该步进电机有6根引线，排列次序如下：1:红色、2:红色、3:橙色、4:棕色、5:黄色、6:黑色。
步进电机工作原理
步进电机工作原理
步进电机是一种控制精度较高的电机，它的工作原理是通过对电机的电流进行精确控制来实现旋转。
步进电机通常由一个固定的磁体和一个旋转的转子组成。
固定磁体中有若干个磁极，而转子上也有相应的磁极。
这些磁极的排列方式决定了电机的工作方式。
步进电机的转动是通过改变电流的方向和大小来实现的。
当电流通过固定磁体时，会产生一个磁场，这个磁场会与转子上的磁场相互作用，从而使得转子旋转到一个新的位置。
当电流的方向和大小改变时，转子也会相应地改变位置。
为了精确定位，步进电机通常会将转子分为几个等距的位置，每个位置都与一个特定的电流模式相对应。
通过改变电流的方式，可以使转子逐步移动到下一个位置，从而实现精确的旋转。
步进电机的转子移动是离散的，而不是连续的。
这意味着它可以精确定位，并且不需要使用传统的位置反馈设备来监测转子的位置。
步进电机适用于需要精确控制和定位的应用，如打印机、数控机床和机器人等。
总之，步进电机通过精确控制电流来实现转子的旋转，从而实现精确的位置控制。
它的工作原理基于磁场的相互作用，使得转子可以按照离散的步进来旋转。
四相步进电机工作原理
四相步进电机工作原理
四相步进电机是一种采用四个独立线圈驱动的电机，其工作原理是通过依次给每个线圈施加电流，来使得电机轮换地进行一步一步的旋转。
在电机内部，有四个线圈，分别被标记为A、B、C和D。
当
在线圈A中通入电流时，会在A线圈周围产生一个磁场。
根
据右手定则，当电流通过线圈A时，会产生一个磁场方向，
使得电机的转子顺时针旋转90度。
接下来，当在线圈B中通入电流时，会在B线圈周围产生一
个磁场。
由于磁场与转子的磁场相互作用，转子会继续顺时针旋转90度。
然后，当在线圈C中通入电流时，会在C线圈周围产生一个
磁场。
同样地，转子会继续顺时针旋转90度。
最后，当在线圈D中通入电流时，会在D线圈周围产生一个
磁场。
此时，转子已经完成一次完整的旋转。
通过依次按照A、B、C和D的顺序通入电流，并且控制电流
的大小，就可以实现精确控制步进电机的旋转角度和速度。
需要注意的是，四相步进电机的驱动方式和控制方法多种多样，可以通过改变电流的方向和大小来控制电机的运动。
同时，通过适当的脉冲信号控制，可以实现步进电机的准确位置控制，适用于许多自动控制系统和精密仪器。
步进电机工作原理
步进电机基本原理步进电机是将电脉冲信号转变为转动角度的控制元件。
在正常情况下，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。
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，使得其在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。
它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。
仅仅处于一种盲目的仿制阶段。
这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。
签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式（就是我们的正在使用的混合式）步进电机为例。
叙述其基本工作原理。
望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。
一、 步进电动机有如下特点1)步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比。
因此，当它转一圈后，没有累计误差，具有良好的跟随性。
2)由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统，既简单、廉价，又非常可靠，同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。
3)步进电动机的动态响应快，易于启停、正反转及变速。
4)速度可在相当宽的范围内平稳调整，低速下仍能获得较大转距，因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。
5)步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行，不能直接使用交流电源和直流电源。
6)步进电机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应措施。
二、 步进电动机的种类现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。
1)反应式步进电动机(VR)。
反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。
4相8拍步进电机工作原理
4相8拍步进电机工作原理
4相8拍步进电机工作原理：
步进电机是一种通过依次激励不同的电磁线圈来使转子转动的电机。
它的工作原理可以分为以下几个步骤：
1. 电机通电：步进电机需要接通电源才能正常工作。
通过给电机施加电源电压，电流被输送到电机的不同线圈上。
2. 电流激励：步进电机中的线圈被分为四组，分别为A、B、
C和D相。
每个相由多个线圈组成，这些线圈被连在一起并
以特定的方式绕绕在动转子上。
3. 电流方向：通过改变每个相的电流方向来控制步进电机的转向。
电流可以从逆时针或顺时针方向流过线圈。
4. 步进模式：步进电机通常以8拍或4拍两种模式工作。
在8
拍模式下，每个相都按照特定的顺序依次激励。
在4拍模式下，相的激励顺序会不同。
5. 磁场旋转：当电流通过相线圈时，会在周围产生一个磁场。
这个磁场会与电机中的永磁转子进行相互作用，导致转子发生旋转。
6. 转子转动：通过循环激励电机的不同相，可以使得转子以步进的方式进行旋转。
每次激励一个相，转子就会转动一个固定的角度（通常为1.8度，对应于8拍模式）。
7. 控制方式：步进电机可以通过使用特定的控制器或驱动器来控制其旋转步长、转速和方向。
控制器会向驱动器发送信号，通过改变激励的相来控制电机的运行。
通过不断地循环激励不同相，步进电机可以实现相对准确的位置控制和连续的旋转运动，在自动化领域广泛应用于精密定位、自动化设备和机器人等方面。
步进电动机的结构与工作原理
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。
步进电机的工作原理
步进电机的工作原理步进电机是一种常见的电动机，广泛应用于各种机械和自动化设备中。
它以其精准的控制和高度可靠性而受到青睐。
本文将介绍步进电机的基本原理和工作方式。
1. 基本工作原理步进电机是一种将电能转换为机械能的设备，通过电磁原理实现驱动。
其基本构造包括定子与转子。
定子通常由两种或多种电磁线圈组成，这些线圈按照特定的顺序被激活。
转子则是由一组磁体组成，以使定子磁电流激活时能产生磁通。
2. 单相步进电机单相步进电机也称为单相混合式步进电机。
它具有两个电磁线圈，相位差为90度。
当线圈被激活时，会产生磁场。
根据磁场的相互作用，电机转子就可以旋转到一个新的位置。
单相步进电机的工作原理是通过改变线圈通电的顺序来控制运动。
3. 双相步进电机双相步进电机是一种更为常见的类型，它具有四个电磁线圈，相位差为90度。
每个线圈都可以单独激活，控制电机的运动。
在双相步进电机中，每次只有两个线圈被激活，以产生磁场。
通过交替激活不同的线圈，可以实现电机的旋转。
双相步进电机具有较高的转矩和精确的位置控制能力。
4. 步进电机的特点步进电机具有以下几个特点：4.1 准确定位：通过激活特定的线圈顺序，步进电机可以以特定的角度准确旋转，从而实现准确定位。
4.2 高度可编程：步进电机通过控制电流和脉冲的频率来控制转动速度和转动方向。
4.3 高度精密：由于线圈的激活顺序可以精确控制，步进电机可以实现非常精确的运动。
4.4 无需反馈系统：相比其他类型的电机，步进电机无需附加的位置反馈系统即可实现精确控制。
5. 应用领域由于其精准的控制和高度可靠性，步进电机在许多领域得到广泛应用，包括：5.1 3D打印机：步进电机用于控制打印头在XYZ轴上的位置，从而实现精确的打印。
5.2 CNC机床：步进电机用于控制刀具的位置和转动角度，从而实现自动化的数控加工。
5.3 机器人：步进电机用于控制机器人的运动，包括旋转和定位。
5.4 线性驱动器：步进电机也可以应用于线性驱动器，实现对物体位置的精确控制。
06-步进电机的原理及常见故障-hqg-w
华中数控 2020/7/25
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2、静态矩角特性和最大静转矩特性
所谓静态是指电机不改变通电状态，转子不动时的工作状态。空载 时，步进电机某相通以直流电流时，该相对应的定、转子齿对齐，这时 转子无转矩输出。如在电机轴上加一顺时针方向的负载转矩，步进电机 转子则按顺时针方向转过一个小角度θ，称为失调角,这时转子电磁转矩T 与负载转矩相等。矩角特性是描述步进电机稳态时，电磁转矩与失调角θ 之间关系的曲线，或称为静转矩特性。
韩庆国
吉林航空工程学校 机械工程系
欢迎数控维修班 各位老师光临吉林航 空工程校
2013年1月17日
06-步进电机的原理及常见故障
步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移 或线位移的的电磁机械装置。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。
按转矩产生的原理可分为: 1.反应式步进电机; 2.永磁式步进电机; 3.混合式步进电机；
从电流的极性上可分为: 1.单极性步进电机; 2.双极性步进电机
从控制绕组数量上可分为: 1.二相步进电机; 2.三相步进电机; 3.四相步进电机; 4.五相步进电机; 5.六相步进电机；
从运动的型式上可分为： 1.旋转步进电机。 2.直线步进电机。 3.平面步进电机。
A
B'
C'
C
B
A'
B 相通电，转子2、 4齿与B、B´ 对齐,又转
过15。
B、C相同时通电，C' 、C 磁 极拉住1、3齿，B、B' 磁极拉
住2、4齿，转子再转过 15。
2020/7/25
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三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下： AAB B BC C CA，每个循环周期分为六拍。每 拍转子转过15（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转 过90 (齿距角)。
四相五线步进电机工作原理是什么意思
四相五线步进电机工作原理是什么意思步进电机是一种常用的电机类型，其中四相五线步进电机是其中一种常见类型。
它的工作原理主要通过电磁场的变化来控制旋转步进角，从而实现精确的位置控制。
首先，我们来了解一下四相五线步进电机的基本结构。
这种电机包含四个线圈（相），每个线圈都连接到电源，称为A、B、C、D相。
此外，还有一个共同的中心引线，使其成为五线步进电机。
通过控制这些线圈的电流来产生磁场，从而驱动电机转动。
在四相五线步进电机中，当电流依次通过A相、B相、C相、D相，并按照特定的顺序流过各线圈时，会产生旋转磁场。
这种磁场的变化会引起电机转子按一定步距进行旋转，每一步的角度取决于电机的结构和步距角度。
通过不断地改变电流的流向和大小，可以实现电机精确的位置控制和旋转。
步进电机的工作原理也与步进角息息相关。
步进角是指电机每次接收一个脉冲信号后转动的角度，它取决于电机的结构和驱动方式。
在四相五线步进电机中，步进角通常为1.8度（360度/200步），也有的为0.9度（360度/400步）。
这意味着，通过控制输入的脉冲数量，可以精准地控制电机的旋转角度。
除了精确的位置控制，四相五线步进电机还具有一些其他特点。
例如，它没有换向器，只需要一个脉冲信号或方向信号就可以实现运转，这样简化了控制电路的设计。
此外，步进电机由于没有惯性，所以启动、停止响应速度快，能够很好地适用于对运动控制精度和速度要求较高的场合。
尽管四相五线步进电机在位置控制和速度控制方面有诸多优势，但也存在一些局限性。
例如，在高速运转时容易产生共振和震动现象，需要采取一些措施来避免。
此外，步进电机的输出功率相对较小，通常用于需要低功率、高精度控制的场合。
综上所述，四相五线步进电机是一种通过控制电流变化来实现位置控制的电机类型。
其基本工作原理是通过改变线圈的电流产生磁场，从而驱动电机旋转。
通过控制脉冲信号数量和方向，可以精确地控制电机的转角和位置。
步进电机在工业自动化、医疗设备、机械设备等领域有着广泛的应用前景，为自动化控制系统提供了一种有效的驱动方式。
步进电机原理简述
步进电机原理简述步进电机是一种常用的电动机，它的工作原理是通过电流的变化来驱动电机转动。
步进电机由转子和定子两部分组成，其中转子通常是由磁铁制成，而定子则通常是由线圈制成。
步进电机的原理可以简单地概括为：通过改变定子线圈中的电流方向和大小，来控制转子的位置和角度。
具体来说，当定子线圈通电时，会产生磁场。
这个磁场会与转子磁铁相互作用，使得转子受到力的作用而转动。
通过改变定子线圈中电流的方向和大小，可以改变磁场的方向和强度，从而控制转子的位置和角度。
步进电机的控制方式有两种：全步进和半步进。
全步进是指每次改变定子线圈中的电流方向和大小，转子就转动一个固定的角度。
而半步进是指每次改变定子线圈中的电流方向和大小，转子就转动半个固定的角度。
全步进和半步进的控制方式可以根据实际需求来选择，全步进适用于需要精确控制转子位置和角度的场景，而半步进则适用于需要更细腻的控制的场景。
步进电机的优点是可以精确控制转子的位置和角度，具有较高的控制精度。
同时，步进电机的工作原理相对简单，结构紧凑，体积小，重量轻，适用于各种场合。
此外，步进电机还具有低成本、高效率、可靠性高等优点。
然而，步进电机也存在一些缺点。
首先，步进电机在高速运转时容易产生振动和噪音。
其次，步进电机的转矩输出与转速成反比，因此在高速运行时，其转矩较小。
此外，步进电机的控制方式相对复杂，需要外部电路和控制器的支持。
总结起来，步进电机是一种通过改变定子线圈中的电流方向和大小来控制转子位置和角度的电动机。
它具有精确控制、结构紧凑、体积小、重量轻、成本低、效率高等优点，广泛应用于各种场合。
然而，步进电机在高速运行时容易产生振动和噪音，转矩输出与转速成反比，控制方式相对复杂等缺点也需要注意。
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一、前言
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
目前,
叙
（一）反应式步进电机原理
由于反应式步进电机工作原理比较简单。
下面先叙述三相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
我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相
为多。
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*SBr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/RN·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。
力矩=力*
1
也可以作（
时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。
2、分类
感应子式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。
以机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准），而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。
3、步进电机的静态指标术语
相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。
常用m表示。
拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍运行方式即
A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.
步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。
θ=360度/（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。
四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。
的）
增加激磁4
1。
不同运2
3、失调角：
转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。
4、最大空载起动频率：
电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。
5、最大空载的运行频率：
电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。
6、运行矩频特性：
7
之间（步距角1.8
8
当电机绕组通电时序为AB-BC-CD-DA或()时为正转，通电时序为DA-CA-BC-AB或()时为反转。
三、驱动控制系统组成
使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如下：
1、脉冲信号的产生。
脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。
2、信号分配
我厂生产的感应子式步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种，具体分配如下：二相四拍为,步距角为1.8度；二相八拍为,步距角为0.9度。
四相电机工作方式也有二种，四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为1.8度；四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角为0.9度）。
3
到目前
SH系
说明：
CP接CPU
OPTO接
FREE
DIR
VCC
GND
A
接电机引出线绿线
B接电机引出线黄线
接电机引出线蓝线步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。
步进电机转速越高，力距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。
电压对力矩影响如下：
4、细分驱动器
在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采用细分驱动器来驱动步进电机，细分驱动器的原理是通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。
四、步进电机的应用
（一）步进电机的选择
步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。
一旦三大要素确定，步进电机
1
一般有
2
3
判断电机综上所述选择电机一般应遵循以下步骤：
4
下：
其P
其中f
(
1
2
3
采用高于直流80V），当然12伏的电压除12V恒压驱动外也可以采用其他驱动电源，不过要考虑温升。
4、转动惯量大的负载应选择大机座号电机。
5、电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。
6、高精度时，应通过机械减速、提高电机速度,或采用高细分数的驱动器来解决，也可以采用5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少，其被淘汰的说法是外行话。
7、电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。
8、电机在600PPS（0.9度）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。
9、应遵循先选电机后选驱动的原则。