步进电机的结构和工作原理

1、步进电机步进电机 原理原理：步进电机是利用电磁铁原理：步进电机是利用电磁铁原理, ,将脉冲信号转换成线位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，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。带动机械移动一小段距离。 特点特点：(1)(1)来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。 (2)(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)(3)改变脉冲顺序，改变转动方向。改变脉冲顺序，改变转动方向。 (4)(4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比角位移量或线位移量与电脉冲数成正比. . 步进电机步

2、进电机 步进电动机结构步进电动机结构 步进步进 电机通的是电机通的是 直流电脉冲直流电脉冲 步进电机主要由两部分构成：定子步进电机主要由两部分构成：定子 和转子。它们均由磁性材料构成。和转子。它们均由磁性材料构成。 定、转子铁心由软磁材料或硅钢片定、转子铁心由软磁材料或硅钢片 叠成凸极结构，定、转子磁极上均有叠成凸极结构，定、转子磁极上均有 小齿，定、转子的齿数相等。其中定小齿，定、转子的齿数相等。其中定 子有六个磁极子有六个磁极, ,定子定子磁极上套有星定子定子磁极上套有星 形连接的三相控制绕组，每两个相对形连接的三相控制绕组，每两个相对 的磁极为一相，组成一相控制绕组的磁极为一相，组成一相

3、控制绕组, ,转转 子上没有绕组。转子上相邻两齿间的子上没有绕组。转子上相邻两齿间的 夹角称为齿距角夹角称为齿距角 r t z 360 步进电机步进电机 工作方式工作方式 步进电机的工作方式可分为：步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相单三拍、三相单双六拍、 三相双三拍三相双三拍等等。 （1 1）三相绕组联接方式：）三相绕组联接方式：y y 型型 （2 2）三相绕组中的通电顺序为：）三相绕组中的通电顺序为： a a 相相 b b 相相 c c 相相 通电顺序也可以为：通电顺序也可以为： a a 相相 c c 相相 b b 相相 步进电机步进电机 （3 3）工作过程）工作过程

4、引引转子，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，转子，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合， 因此会在磁力线扭曲时产生切向力而形成磁阻转矩，因此会在磁力线扭曲时产生切向力而形成磁阻转矩， 使转子转动，使转、定子的齿对齐停止转动。使转子转动，使转、定子的齿对齐停止转动。 a a 相通电，相通电，a a 方向的方向的 磁通经转子形成闭合回路。磁通经转子形成闭合回路。 若转子和磁场轴线方向原若转子和磁场轴线方向原 有一定角度，则在磁场的有一定角度，则在磁场的 作用下，转作用下，转子被磁化，吸子被磁化，吸 a a 相通电使转子相通电使转子1 1、3 3齿和齿和 aa aa 对齐。对齐。 c a b

5、 bc a 3 4 1 2 步进电机步进电机 c a b bc a 3 4 1 2 b b相通电，转子相通电，转子2 2、4 4齿和齿和b b 相轴线对齐，相对相轴线对齐，相对a a相通电相通电 位置转位置转3030 ； 1 c 3 42 c a b b a c c相通电再转相通电再转3030 步进电机步进电机 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一这种工作方式，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。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：三相单三拍的特点： （1 1）每来一个电脉冲，转子转过）每来一个电脉冲，

6、转子转过 3030 。此角称为步距角，。此角称为步距角， 用用 s s表示。表示。 （2 2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通）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。电顺序即可改变转向。 步进电机步进电机 二、三相单双六拍二、三相单双六拍 三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为： a aababb bbcbcc ccacaa a 共六拍。共六拍。 工作过程：工作过程： a a相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿和齿和a a相对齐。相对齐。 c c aa b b bbcc a a 3 3 4 4 1 1 2 2 步进电机步进电机 所以转子转到两

7、磁拉力平衡的位置上。相对所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对aa aa 通电，通电， 转子转了转子转了1515。 （1 1）bb bb 磁场对磁场对 2 2、4 4 齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针 方向转动。方向转动。 a a、b b相同时通电相同时通电 （2 2）aa aa 磁场继续对磁场继续对1 1、3 3齿有拉力。齿有拉力。 c c aa b b bbcc a a 3 3 4 4 1 1 2 2 步进电机步进电机 总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六 拍，步距角为拍，步距角为1515 。 c

8、a b bc a 3 4 1 2 b b相通电，相通电，转子转子2 2、4 4齿和齿和b b相对齐，又转了相对齐，又转了1515 。 步进电机步进电机 三、三相双三拍三、三相双三拍 三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为： abab bcbc caca abab 共三拍。共三拍。 ab通电通电 c a b bc a 3 4 1 2 c a b bc a 3 4 1 2 bc通电通电 步进电机步进电机 以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三 相单三拍稳定，因此较常采用。相单三拍稳定，因此较常采用。 工作方式为三相双三拍工作方式为三相双三拍

9、 时，每通入一个电脉冲时，每通入一个电脉冲 ，转子也是转，转子也是转3030 ，即，即 s s = 30= 30 。 caca通电通电 c c aa b b bbcc a a 3 3 4 4 1 1 2 2 步进电机步进电机 步进电机通过一个电脉冲转子转过的角度步进电机通过一个电脉冲转子转过的角度, ,称为称为 n:n:一个周期的运行拍数一个周期的运行拍数, ,即通电状态即通电状态 循环一周需要改变的次数循环一周需要改变的次数 z zr r：转子齿数：转子齿数 nz r s 360 如：如：z zr r=40 , =40 , n n=3 =3 时时 3 340 360 s 步距角步距角 拍数：拍数：n=kmn=km k=k= 1 1 单拍制单拍制 2 2 双拍制双拍制 m:m:相数相数 步进电机步进电机 转转 速速 每输入一个脉冲，电机转过每输入一个脉冲，电机转过 nz r s 360 min)/( 6360 3606060 rf nz f nz f n s rr 即转过整个圆周的即转过整个圆周的1/(z1/(zr rn n）, , 也就是也就是1/(z1/(zr rn n）转）转 因此每分钟转过的圆周数，即转速为因此每分钟转过的圆周数，即转速为 步距角一定时，通电状态