第五章步进电机
步进电动机ppt课件
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
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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
项目五：步进电机典型教案
教 案 课题序号 授课班级 授课时间 2 授课形式 讲授、多媒体课件及实操演示 授课章节 名 称 PLC对步进电机的控制（一）
教学目的 1、了解步进电机的结构组成和种类。 2、了解步进电机的工作原理。 3、熟悉TVT2000G步进电机的相关接线 4、掌握松下F172指令的使用方法 5、掌握用松下PLC对步进电机的控制
教学重点 步进电机的工作原理及F172指令的使用方法 教学难点 F172指令的使用方法 更新、补 充、删节 内容 无
课外作业 复习F172指令并预习F171指令
教学后记 教学过程及时间分配 主要教学内容及步骤
复习导入： （4分钟） 导入新课： （1分钟） 开始新课： （35分钟） 上节课我们学习了如何实现TVT2000G的机械手控制。现在我请大家回忆一下上节课的内容，之后看一下以下题目，我将请几位同学回答。 1、 1、什么叫顺序控制？顺序控制分几种？ 2、 2、如何运用时间顺序控制思想实现机械手的控制？
今天我们要学习的元件在当今办公自动化、工业自动化和电信设备中应用广泛，还被用于数控机床、软磁盘、硬磁盘的磁头驱动系统中。这就是步进电动机。请看屏幕，这是几种步进电动机的实物图。下面我们来详细了解一下——步进电动机及如何运用PLC实现步进电机的控制。
一、步进电动机的组成和种类： 1、 步进电动机的结构组成： 由定子和转子两大部分组成。 （1）定子：由硅钢片叠成，有一定数量的磁极和绕组。 （2）转子 用硅钢片叠成或用软磁性材料做成凸极结构。 2、步进电动机的种类： 激磁式——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。
二、步进电动机的工作原理： 1、结构分析：（如图）以小步距角步进电动机为例。
（1）定子： ①电动机的定子上有6个等分的磁极：A、A’、B、B’、C、C’。②相邻两个磁极间夹角为60°。③相对的两个磁极组成一相。④当某一绕组有电流通过，则该绕组的两磁极立即形成N极和S极。⑤每个磁极上各有5个均匀分布的矩形小齿。 （2）转子： ①转子没绕组。②有40个距形小齿均匀分布在圆周上。③当定子某相绕组通电时，对应的磁极产生磁场，和转子形成磁路。 2、工作原理： ① 齿距： 设转子的齿数为Z，则齿距为τ=360°/Z。（设Z为40，则τ为9°） ② 错位： 当A相的定子齿和转子齿对齐，若以此为初始状态，设与A相磁极中心对齐的转子齿为0号齿，由于B相磁极与A相磁极差120°，且120°/9°=13（1/3），不为整数，所以转子齿不能与B相定子齿对齐，只有13号小齿靠近B相磁极的中心线，与中心线相差3°。 ③转动的根本原因： 如果定子的小齿和转子的小齿没对齐，这时突然变为B相通电，而A、C相不通电，则在磁场的作用下，B相磁极迫使转子转动一定的角度即3°，使转子齿和定子齿对齐。此时，称电动机走了一步。 ———错齿是促使步进电动机旋转的根本原因——— 3、步距角： 当定子绕组按A—B—C—A顺序轮流通电时，转子就沿顺时针方向一步一步地转动，各相绕组轮流通电一次，转子就转动一个齿距。 磁阻式步进电动机的步距角用公式表示为：QS=360°/NZr
4--第11章 步进电机控制系统
不细分时: A相绕组通电：转子停在A-A位置 A、B相绕组通电：转子停在位置
Ⅰ，转角300 B相绕组通电：转子停在B-B位置 ，
转角300
5.1.4 步进电动机的主要性能指标 一、步进电机的静态指标
➢相数：产生磁场的激励线圈的励磁数（定子绕组的个数），一般分为三相、 四相、五相、六相甚至八相。目前多用三至六相的步进电机； ➢拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，或指电机转过一 个齿距角所需脉冲数，用n表示，磁场一个周期360°，转过一个机械齿距角； ➢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； ➢定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩； ➢静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运行时，电机转轴的锁 定力矩。该力矩是衡量电机体积的标准，与驱动电压及驱动电源无关。
➢力矩：
电机一旦通电，在定子和转子间将产生磁场，转子与定子错开
一定角度（磁通量Ф）。力F与定子和转子的错开角有关，与
（dФ/dθ)成正比。
Ф＝BrS
Br为磁通密度，S为导磁面积。
F 与LDBr成正比，L为铁芯有效长度，D为转子直径。
Br＝N×I/R，N×I为励磁绕组安匝数，R为磁阻， 磁阻与磁导率成反比。
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）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。
以反应式为例说明步进电机的结构和工作原理
反应式步进电动机结构：
一、步进电动机的组成 如图所示为一台三相反应式步进电动机的结构示意图 ，同样由定子和转子组成。
冲一个一个输入，电动机便一步一步转动。
步进电动机
是一种将数字式电脉冲信号转换成机械位移（角位移或 线位移）的机电执行元件。它的机械位移与输入的数字 脉冲有着严格的对应关系，即一个脉冲信号可使步进电 动机前进一步，所以称为步进电动机。 主要优点 能直接实现数字控制 ；控制性能好 ；无电刷和换向器 ； 抗干扰能力强 ；无累积定位误差 ；（1） 具有自锁能力 （磁阻式）和保持转距（永磁式），可重复堵转而不损坏； 机械结构简单、坚固耐用。 主要缺点 运动增量和步距角是固定的，在步进分辨率方面缺乏灵活 性 ；需要专用的驱动电路。
步进式旋转磁场的产生： 当A相控制绕组通电时， 由于B、C两相不通电， 此时产生的磁阻转矩使转 子齿轴线与定子磁极轴线 对齐，即磁阻转矩使转子 齿1、3和定子极A－A对 齐。
控制元件
磁阻式步进电动机的工作原理
• 当A相控制绕组通电时，由于B、C两相不通电，此 时产生的磁阻转矩使转子齿轴线与定子磁极轴线对 齐，即磁阻转矩使转子齿1、3和定子极A－A对齐。 之后，A相断电，B相控制绕组通电而C相不通电时， 则转子便按逆时针方向转过300角度，使转子齿2和4 的轴线与定子B－B极轴线对齐。断开B相，接通C相， 则转子再转过300，使转子1和3的轴线与C－C极轴线 对齐。如此按A-B-C-A的顺序通电，转子就会一步 一步地按逆时针方向转动，如图所示。其转速取决 于各控制绕组通电和断电的频率（即输入的脉冲频 率），旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序。 若按A-C-B-A的顺序通电，则电机反向转动。
控制元件
磁阻式步进电动机的工作原理
齿距角：转子每一相邻两齿轴线间的距离所对应的空间 角度，即 3600 θt = Zr 图示为三相六极步进电动机，Zr=4，所以它的齿距角θt=900。 •磁阻式步进电动机的工作原理 磁阻式步进电动机的工作原理 简单：旋转磁场+磁阻转矩 详细：各相绕组轮流通电，形成步 进式旋转磁场。磁阻转矩使转子转 到磁阻最小的位置。 极距： 相邻异性磁极轴线之间的夹角
步进电机(步进电机的工作原理)课件
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步进电机(步进电机的工作 原理)课件
目 录
• 步进电机简介 • 步进电机的工作原理 • 步进电机的驱动电路 • 步进电机的性能参数 • 步进电机的发展趋势与未来展望 • 案例分析
01
步进电机简介
步进电机的定义
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。
步进电机通过不断接收电脉冲信号来 连续转动，从而实现精确的定位和速 度控制。
脉冲信号
驱动器接收脉冲信号后，根据脉 冲信号的频率和相位控制步进电
机的转动速度和方向。
电流控制
驱动器通过控制电流的大小和方 向，实现步进电机的转动。
驱动电路的优化设计
减小体积
优化电路板布局和元件 选择，减小驱动电路的 体积，方便安装和使用
。
提高效率
优化电源设计和元件选 择，提高驱动电路的效
率，减少能源浪费。
速度测试
通过转速计测量步进电机在动态条件 下的转速表现。
响应时间测试
通过计时器测量步进电机从静止到设 定转速以及从设定转速到静止所需的 时间。
效率测试
通过测量步进电机在额定负载下的输 入功率和输出功率，计算其效率表现 。
05
步进电机的发展趋势 与未来展望
步进电机的发展趋势
小型化与集成化
随着技术的进步，步进电机正朝着更小尺寸和更高集成度 的方向发展。这使得步进电机在许多应用中成为更优选择 ，特别是在空间受限的场景中。
用于工件的精确加工和定位。
机器人
用于机器人的关节驱动和定位 。
自动化生产线
用于自动化设备的驱动和控制 。
医疗器械
用于医疗设备的驱动和控制， 如CT机、核磁共振仪等。
电机及拖动第五章课后答案顾绳谷
电机及拖动第五章课后答案顾绳谷第一题1.请简述电机的定义和主要功能。
电机是一种将电能转化为机械能的电气设备。
它的主要功能是将电能转化为机械能，用于驱动各种机械设备和系统。
第二题2.请列举几种常见的电机分类。
–直流电机–交流电机–步进电机–伺服电机第三题3.请简述直流电机和交流电机的区别。
直流电机是以直流电作为电源的电机，其转矩与电流成正比，速度与电压成正比。
交流电机是以交流电作为电源的电机，其转矩和速度都与电压、电流及功率因数有关。
第四题4.请简述步进电机和伺服电机的区别。
步进电机是一种运动方式非常稳定的电机，其转速由驱动信号的频率和脉冲数决定。
而伺服电机是一种能够通过闭环控制实现位置、速度和力矩控制的电机。
第五题5.请简述电机的拖动系统及其作用。
电机的拖动系统由电机、传动装置和负载组成。
它的主要作用是实现电能转化为机械能，并将机械能传递给负载，实现对负载的驱动和控制。
第六题6.请简述电机拖动系统的稳定性和响应特性。
电机拖动系统的稳定性是指拖动系统在外界扰动下能够保持稳定的能力。
而响应特性是指拖动系统对输入信号的响应速度、精度和稳定性等性能的描述。
第七题7.请简述电机的效率和功率因数的概念，并说明其重要性。
电机的效率是指电机输出功率与输入功率之比。
功率因数是指电压和电流的相位差的余弦值。
它们的重要性体现在能够评估电机的能效和运行质量，对于节能和提高电机的使用寿命具有重要作用。
第八题8.请简述电机的温升和绝缘特性。
电机的温升是指电机在工作过程中的温度升高情况。
电机的绝缘特性是指电机的绝缘系统对电压、温度和湿度等外部环境因素的耐受能力。
保持电机的温升和绝缘特性对于电机的安全运行和延长使用寿命至关重要。
第九题9.请简述电机的控制方法和常用的控制器。
电机的控制方法包括开环控制和闭环控制。
开环控制是指根据输入信号直接控制电机的启停、速度和方向等。
闭环控制是通过传感器反馈信号，根据系统的实际状态对电机进行控制。
51步进电机课程设计
51步进电机课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解步进电机的原理与结构，掌握其工作方式和分类。
2. 学生能掌握51单片机对步进电机的控制方法，包括脉冲信号的产生与分配。
3. 学生能解释步进电机在自动化设备中的应用，了解其在不同行业中的功能。
技能目标：1. 学生能够独立完成51单片机与步进电机的连接，进行基本的编程控制。
2. 学生通过实践，学会调试步进电机参数，优化电机运行效果。
3. 学生能够设计并实现简单的步进电机控制系统，解决实际问题。
情感态度价值观目标：1. 学生通过课程学习，培养对工程技术的兴趣，增强创新实践的意识。
2. 学生在团队协作中，学会相互尊重、沟通与配合，培养集体荣誉感。
3. 学生认识到科技对社会发展的作用，理解技术在实际应用中的价值，形成正确的技术观。
课程性质：本课程为实践性强的工程技术课程，结合理论教学与动手操作，旨在提高学生的实际应用能力。
学生特点：考虑到学生年级特点，课程设计需兼顾理论知识的深度和操作实践的难度，确保学生能够理解和掌握。
教学要求：教学内容与实际应用紧密结合，注重培养学生的动手能力和问题解决能力，通过任务驱动的方式，激发学生的学习兴趣和探究精神。
目标分解为具体可衡量的学习成果，以便于教学设计和评估。
二、教学内容1. 步进电机原理及分类：介绍步进电机的组成结构、工作原理，对比不同类型的步进电机特点及应用场景。
- 教材章节：第三章“步进电机原理及特性”2. 51单片机控制基础：回顾51单片机的结构、编程基础，学习如何利用51单片机产生脉冲信号，实现对步进电机的控制。
- 教材章节：第二章“51单片机原理与应用”3. 步进电机驱动电路设计：讲解步进电机驱动电路的原理，学习如何搭建驱动电路，连接51单片机与步进电机。
- 教材章节：第四章“步进电机驱动电路设计”4. 步进电机控制程序编写：学习编写控制程序，实现对步进电机的启停、转向、速度调节等基本功能。
- 教材章节：第五章“步进电机控制程序设计”5. 步进电机控制系统实践：分组进行项目实践，设计并实现一个简单的步进电机控制系统，如自动化窗帘、智能小车等。
机电传动控制培训课件-第5章 控制电机培训
物料计量、横封装置、供送物流系统、数控机床
等。
机电பைடு நூலகம்动控制培训课件-第5章 控制电机培训
18
机电传动控制培训课件• 一、结构和原理
无刷直流电动机（BDCM） 定子电流为方波
永磁同步电动机（PMSM） 定子电流为正弦波
机电传动控制培训课件-第5章 控制电机培训
19
机电传动控制培训课件• 二、无刷直流电动机
之间实际步距和理想步距的最大差值。 最大累计误差：旋转一周内从任意位置
开始经过任意步之后，角位移误差的最大值。
机电传动控制培训课件-第5章 控制电机培训
11
机电传动控制培训课件五、步进电动机的应用
• 电子钟表、工业机器手、包 装机械、回转工作台、数控机床 等需要控制和定位的场合。
机电传动控制培训课件-第5章 控制电机培训
机电传动控制培训课件-第5章 控制电机培训
旋转变压器 或光电编码器
26
机电传动控制培训课件5.4 力矩电动机 • 一、结构（LY）
1、定子 2、电枢 3、刷架
扁平状：长度和径向之比 为0.2左右
5.19
机电传动控制培训课件-第5章 控制电机培训
27
机电传动控制培训课件• 二、转矩大，转速低
• 1.转矩大的原因
机电传动控制培训课件-第5章 控制电机培训
29
机电传动控制培训课件-
5.5 直线电动机
•
异步、直流和步进三种
• 一、结构
定子 动子
5.20
机电传动控制培训课件-第5章 控制电机培训
30
机电传动控制培训课件-
5.21
机电传动控制培训课件-第5章 控制电机培训
31
步进电机及其驱动控制系统课件
在数控机床中的应用实例
要点一
机床进给系统
步进电机驱动控制系统可以用于控制数控机床的进给系统 ，实现高精度的切削加工，提高加工质量和效率。
要点二
机床主轴控制
通过使用步进电机驱动控制系统，可以实现对数控机床主 轴的精确控制，从而实现对不同材料和刀具的适应，提高 加工效率和质量。
新材料的应用与发展趋势
新材料应用
随着科技的不断发展，新型材料如碳纳米管、石墨烯 等将被广泛应用于步进电机及其驱动控制系统中，提 高电机的性能和稳定性，同时降低能耗。
发展趋势
新材料的应用将推动步进电机及其驱动控制系统向更高 效、更节能的方向发展，同时拓展了其应用领域。
高性能驱动控制技术的研发与应用
定位精度
步进电机的定位精度取决于控制系统的精度和电机的响应速度。通过采用高精 度控制系统和高速电机，可以实现高精度的定位控制。
03 步进电机的驱动 控制统
驱动控制系统的组成和功能
1 2
驱动电路
为步进电机提供合适的电能，以满足电机运转的 需求。
控制电路
控制步进电机的转速、转向和位置，实现电机的 精确控制。
、低速性能好等优点。
步进电机不需要中间转换机构， 可以直接将电脉冲信号转化为机 械旋转或线性运动，适合高精度
、高速度的控制系统。
步进电机结构简单、体积小、重 量轻，易于维护和安装，广泛应 用于各种自动化设备和仪器中。
步进电机的分类和结构
步进电机按照结构可以分为反应式、 永磁式和混合式三种类型。
永磁式步进电机利用永久磁铁产生磁 场，具有高精度、高转矩等优点，但 成本较高。
步进电机的旋转原理
旋转方向
步进电机的旋转方向取决于定子绕组中电流的方向。当电流通过绕组时，磁场发生变化，从而引起转子的旋转。
东茂电气 57BYGH 步进电机 说明书
57BYGH 步进电机用户手册使用手册文档编号：DOC10113 Rev:1.1 E10302 【使用该产品前，请详细阅读该手册！并妥善保存该手册，以防不时之需！】临海市东茂电气有限公司地址：浙江省临海市柏叶西路345号2F邮编：317000电话：0576-******** 85155523传真：*************Email：**************HTTP：第一章概述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。
第二章产品特性1 步进电机必须加驱动才可以运转，驱动型号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。
转动的速度和脉冲的频率成正比。
2 步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。
3 改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。
第三章应用领域步进电机广泛应用在各种自动化控制系统中。
随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。
第四章产品订购型号静转矩配套驱动器备注57BYGH步进电机（单头） 1.4Kg.cm PD206457BYGH步进电机(双头) 1.4Kg.cm PD206485BYGH450A步进电机（单头） 2.1Kg.cm PD206685BYGH450B步进电机(单头) 5.1Kg.cm PD206685-86BYGH步进电机(双头) 4.6Kg.cm PD2066第五章技术参数产品实物彩图5.1、产品技术参数说明57BYGH步距角0.9°/1.8°步距角精度±5.4%轴向间隙0.1~0.3mm 径向跳动0.02mmMax 绝缘强度 500V AC 50Hz 1Minute 环境温度-10～+55℃绝缘电阻500V DC 100M Mh 温升75k静转矩 1.4Kg.cm 配套电机驱动器PD20645.2外型尺寸5.2步进电机常见问题1为什么步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启动,并伴有啸叫声? 步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。