《新能源汽车电工电子技术（微课版）（含任务工单）》课件 10.1.4 步进电动机的结构和工作原理

汽车电工电子技术主讲人：张博峰步进电动机结构及工作原理主讲人：张博峰01步进电动机介绍01步进电动机介绍步进电动机是一种特殊的电机，由于它的运动形式是步进式的，所以称为步进电动机（脉冲电动机）。步进电动机发展迅速，尤其是随着计算机技术、微电子技术和数字技术的发展，其应用领域日益广阔，涉及冶金、电力、纺织、电子、化工、医疗、印刷以及航空航天、船舶、汽车等。目前，在汽车上的应用主要有步进电动机全数字仪表、电动车窗、电动车电子油门控制、汽车制动测试系统、汽车步进电动机型怠速控制阀等。步进电动机在生活中应用相当广泛，但步进电动机并不能像普通的直流电动机、交流电动机在常规下使用。它必须由脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用，因此，要用好步进电动机并非易事。02步进电动机结构磁阻式步进电动机与其他普通电动机一样，主要分为定子和转子两部分。它是由磁性转子铁心通过与由定子产生的脉冲电磁场相互作用而产生转动的。磁阻式步进电动机的结构形式很多，按定转子铁心的段数分为单段式和多段式两种。03步进电动机的工作原理

当步进电机的A相通电，B相和C相不通电时，由于A相绕组产生的磁通要经过磁阻最小的路径形成闭合磁路，这样将使转子齿1、3和定子的A相对齐，如图所示。当A相断电，改为B相通电时，同A相通电时情况一样，磁通也要经过磁阻最小的路径形成闭合磁路，这样转子顺时针转过一定角度，使转子齿2、4与B相对齐，转子在空间转过的角度为30°，如图所示。当由B相改为C相通电时，同样可使转子顺时针转过30°空间角度，如图所示。若按照A-B-C-A的通电顺序往复下去，则步进电机的转子将按一定速度沿逆时针方向旋转，步进电机的转速取决于三相控制绕组的通、断电源的频率。

当按照A-B-C-A顺序通电时，步进电机的转动方向将改为顺时针。在步进电机控制过程中，定子绕组每改变一次通电方式，称为一拍。

上述的通电控制方式，由于每次只有一相控制绕组通电，称为三相单三拍控制方式。除此种控制方式外，还有三相单、双六拍工作方式和三相双三拍控制方式。在三相单、双六拍工作方式中，控制绕组通电顺序为A-AB-C-CB-B-BA-A（转子逆时针旋转）或A-AC-C-CB-B-BA-A（转子顺时针旋转）。在三相双三拍控制方式中，控制绕组的通电顺序为AB-BC-CA-AB或AC-CB-BA-AC。

步进电机每改变一次通电状态（一拍）转子所转过的角度称为步进电机的步距角。三相单三拍的步距角为30°，而三相单、双六拍为15，三相双三拍的步距角为30°。步进电机的步距角N为转子转过一个齿距的运行拍数；为转子齿数04步进电动机的分类

（1）机电式步进电动机（2）磁电式步进电动机

①永磁式步进电动机

②磁阻式步进电动机

③混合式步进电动机

（3）直线式步进电动机05步进电动机的特点（1）在非超载的情况下，电机的转速和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。

（2）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。

（3）步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，即驱动器，将直流电变成分时供电的多相时序控制电流。

（4）步进电机虽然由直流电流供电，但是不能理解为直流电机，直流电机是将直流电能转换为机械能的动力电机，而步进电机是将电脉冲信号转变为角位移的开环控制电机。06步进电动机和直流电动机控制方式的区别步进电动机控制系统与普通交、直流电动机控制系统有较大区别，它必须有驱动器、控制器、电源才能驱动步进电动机正常工作。

控制器包括信号发生器、缓冲寄存器、环形分配器、控制逻辑及正反转控制门等，作用是产生脉冲信号并转化为环形脉冲加到驱动器上，使步进电动机按选定的运行方式工作。

驱动器实质上就是脉冲功率放大器，因为从控制器能够输出的电流很小，而步进电动机工作时一般需要几安到几十安的电流。0步进电动机的优势与缺点（1）在负载能力范围内，电压、电流、负载及温度等因素变化并不能影响到电动机的步距值。换句话说，步进电动机的总位移量和转速主要与输入脉冲信号有关。（2）步进电动机每转动一周都有固定的步数，虽然从某一步到任何一步总会有一定的误差，但因每转一圈的累积误差为零，所以步进电