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1、步进电机原理及使用说明 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差等 特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。为此，51测试网在腾龙开发套 件中首次引入了步进电机技术，方便用户应用掌握。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
2、, 它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机的主要特性：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腾龙版步进电机的步进角度为7.5度，一圈360度，需要48个脉冲完成。3步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。4改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。因此，目前打印机，绘图仪，机器人，等等设备都以步进电机为动力核心。步进电机原理（一）作者：来源：时间：2006-5-23 9:57:51阅读次数：12969往将其外部接线为八根引线（四相），
3、这样使用时，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）57BYG86BYG110BYG （国际标准），而像 70BYG90BYG130BYG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NS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-D
4、A-A.步距角：对应一个脉 冲信号，电机转子转过的角位移用表示=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=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为=360度/（50*8）=0.9 度（俗称半步）定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误 差造成的）静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩此力矩是衡量电 机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿 转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静
5、力矩是不可取的，这样会造成电机的发热 及机械噪音4步进电机动态指标及术语：1步距角精度：步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差用百分比表示：误差/步距角*100%不同 运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内2失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数称之为失步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
6、行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电 机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根其它特性还有惯频特性起动频率特性等电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动 态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率 特性越硬如下图所示其中，曲线3电流最大或电压最高;曲线1电流最小或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点要使 平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机一、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
7、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差等特点。使得在速 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
8、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。二、感应子式步进电机工作原理（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疋、2/3 （相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以疋表示）,即A与齿1相 对齐，B与齿2向右错开1/3, C与齿3向右错开2/3, A与齿5相对齐，（A就 是A,齿5就是齿1）下面
9、是定转子的展开图：2、旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子 不受任何力以下均同）。如B相通电，A，C相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/ 3,此时齿3与C偏移为1/3，齿4与A偏移（-1/3 ） =2/3。如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3，此 时齿4与A偏移为1/3对齐。如A相通电，B，C相不通电，齿4与A对齐，转子又向右移过1/3这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4 （即齿1前一齿）移到A相，电 机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A通电，电机就每步（每 脉冲）1/3,向右旋转。如按A，C，B，
10、A通电，电机就反转。由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关 系。而方向由导电顺序决定。不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB- B-BC-C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3改变为1/6。甚至于通过 二相电流不同的组合，使其1/3变为1/12，1/24，这就是电机细分驱动的 基本理论依据。不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/ m,2/m.(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制这是 步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件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，
11、市场上一般以二、三、四、五相为多。许多应用都会用到功率低于300 W的小型电机，例如汽车、打印机、复印机、纸张处理机、 工厂自动化、太空和军事载具、测试设备和机械人。整体而言，电机的产量约和其功率大小 成反比，这表示小型电机的产量远超过大型电机。应用最广泛的小型电机包括直流电机、无 刷直流电机和步进电机。步进电机、直流电机和无刷直流电机的主要区别在于它们的驱动方式。步进电机是以步 阶方式分段移动，直流电机和无刷直流电机通常则采用连续移动的模拟控制方式。由于步进 电机采用步阶移动，所以特别适合绝对寻址应用，目前市场上常见的步进电机已能提供每一 步1.8或0.9。的精确移动能力。步进电机采用直接控
12、制方式，它的主要命令和控制变量都是 步阶位置(step position)；相形之下，直流电机则是以电机电压做为控制变量，以位置或速 度做为命令变量。直流电机需要反馈控制系统，它会以间接方式控制电机位置，步进电机系 统多半则是以开环方式进行操作。步进电机步进电机可以根据电机结构、驱动架构和步进方式来分类。步进电机的结构有好几种， 包括可变磁阻(variable reluctance)、永磁和混合式永磁(hybrid permanent magnet)，永磁步 进电机的成本很低，多半用于价格低廉的消费性产品。混合式步进电机的价格略高，是工业 移动控制应用最常见的电机。可变磁阻电机通常有3或5个相
13、位，需要采用不同的驱动电路 架构。单极性(unipolar)和双极性(bipolar)是步进电机最常采用的两种驱动架构。单极性驱 动电路使用四颗晶体管来驱动步进电机的两组相位，电机结构则如图1所示包含两组带有中 间抽头的线圈，整个电机共有六条线与外界连接。这类电机有时又称为四相电机，但这种称 呼容易令人混淆又不正确，因为它其实只有两个相位，精确的说法应是双相位六线式步进电 机。六线式步进电机虽又称为单极性步进电机，实际上却能同时使用单极性或双极性驱动电 路。眄 I Q4i_r图1:单极性步进电机驱动电路双极性步进电机的驱动电路则如图2所示，它会使用八颗晶体管来驱动两组相位。双极 性驱动电路可以
14、同时驱动四线式或六线式步进电机，虽然四线式电机只能使用双极性驱动电 路，它却能大幅降低量产型应用的成本。双极性步进电机驱动电路的晶体管数目是单极性驱 动电路的两倍，其中四颗下端晶体管通常是由微控制器直接驱动，上端晶体管则需要成本较 高的上端驱动电路。双极性驱动电路的晶体管只需承受电机电压，所以它不像单极性驱动电 路一样需要箝位电路。图 2 : 双极性步进电机驱动 电路直流和无刷直流电机直流电机是最常见和成本最低的小型电机，并且广泛用于各种应用。无刷直流电机宣称 能提供更高可靠性以及更低噪声和成本，然而到目前为止，它却只能在磁盘或计算机风扇等 少数量产应用中取代传统直流电机。在某些应用里，无刷直
15、流电机有多项优点胜过传统电刷 电机，例如它以电子组件和传感器取代电刷，不但延长电机寿命和减少维护成本，而且也没 有电刷产生的噪音。直流电机的特性使它成为调速系统最容易使用的电机本文来自 CSDN 博客，转载请标明出处：http:/ 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。是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动按 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。可以作为一种控制用的特 种电机，利用其没有积累误差（精度为100%）的特点，广泛应用于各种开环控制。现在比较常用的包括反应式（VR）、永磁式（PM）、混合式（HB）和单相式等。永磁式一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为7.5度或15度；反应式一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应 式的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导
