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1、 步进电机的原理与应用步进电机的原理与应用步进电动机的工作原理与特点步进电动机的工作原理与特点原理原理：步进电机是利用电磁铁原理步进电机是利用电磁铁原理,将将脉冲信号脉冲信号 转换成转换成线位移或角位移线位移或角位移的电机。每来一个的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。动一小段距离。 特点特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。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。控制脉冲频率，可控制电机转速。 (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)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比角位
2、移量或线位移量与电脉冲数成正比.以反应式为例说明步进电机的结构和原理以反应式为例说明步进电机的结构和原理通常按励磁方式分为三大类：通常按励磁方式分为三大类：1 1 1 1）反应式反应式反应式反应式：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应用最广。用最广。用最广。用最广。2 2 2 2）永磁式永磁式永磁式永磁式：转子的极数：转子的极数：转子的极数：转子的极数= = = =每相定子极数，不开小齿，每相定子极数，不开小齿，每相定子极数，不开小齿，每相定子极数，不开小齿，步距角较大，力矩较大。
3、步距角较大，力矩较大。步距角较大，力矩较大。步距角较大，力矩较大。3 3 3 3）感应子式感应子式感应子式感应子式( ( ( (混合式混合式混合式混合式) ) ) )： 开小齿，混合反应式与永磁开小齿，混合反应式与永磁开小齿，混合反应式与永磁开小齿，混合反应式与永磁式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。步进电机的种类步进电机的种类：步进电动机结构步进电动机结构注意：注意：注意：注意：步进电机通的步进电机通的是直流电脉冲是直流电脉冲. .步进电机主要由两部分构成：定子步进电机主要由两
4、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、转子磁极片叠成凸极结构，定、转子磁极上均有小齿，定、转子的齿数相上均有小齿，定、转子的齿数相等。等。其中定子有六个磁极其中定子有六个磁极, ,定子定子定定子磁极上套有星形连接的三相控子磁极上套有星形连接的三相控制绕组，每两个相对的磁极为一制绕组，每两个相对的磁极为一相，组成一相控制绕组相，组成一相控制绕组, ,转子上没转子上没有绕组。转子上相邻两齿间的夹有绕组。转子上相邻两齿间的夹角称为齿距角角称为齿距角工作方式工作方式 步进电机的工作方式可分为
5、：步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍双六拍、三相双三拍等等。一、三相单三拍一、三相单三拍（1 1）三相绕组联接方式：）三相绕组联接方式：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 相相 B 相相 C 相相通电顺序也可以为：通电顺序也可以为： A 相相 C 相相 B 相相 （3）工作过程）工作过程被磁化，吸引转子，被磁化，吸引转子，由于磁力线总是要通过磁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，使转子转动，生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动
6、，使转、使转、定子的齿对齐停止转动。定子的齿对齐停止转动。A 相通电，相通电，A 方向的磁方向的磁通经转子形成闭合回路。通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁原有一定角度，则在磁场的作用下，转子场的作用下，转子A A 相通电使转子相通电使转子1 1、3 3齿和齿和 AA 对齐。对齐。CABBCA3412CABBCA3412B相通电，转子相通电，转子2、4齿齿和和B相轴线对齐，相对相轴线对齐，相对A相通电位置转相通电位置转30 ；1C342CABBAC相通电再转相通电再转30 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，这种工作方式，因三相绕组中每次只
7、有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。单三拍。三相单三拍的特点：三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过）每来一个电脉冲，转子转过 30 。此角称为。此角称为步距角，用步距角，用 S表示。表示。（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，）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。改变通电顺序即可改变转向。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： AABBBCCCAA 共六拍。共六拍。工作过程：工作过程：A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿和齿和A相
8、对齐。相对齐。CABBCA3412所以转子转到两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 通电，转子转了通电，转子转了15。（1）BB 磁场对磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。转子顺时针方向转动。A、B相同时通电相同时通电（2）AA 磁场继续对磁场继续对1、3齿有拉力。齿有拉力。CABBCA3412总总之之，每每个个循循环环周周期期，有有六六种种通通电电状状态态，所所以以称称为三相六拍，步距角为为三相六拍，步距角为15 。CABBCA3412B相通电，相通电，转子转子2、4齿和齿和B相对齐，又转了相对齐，又转了15 。三、三
9、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： AB BC CA AB 共三拍。共三拍。AB通电通电CABBCA3412CABBCA3412BC通电通电以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六以上三种工作方式，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。拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。工工作作方方式式为为三三相相双双三三拍拍时时，每每通通入入一一个个电电脉脉冲冲，转转子子也也是是转转30 ，即，即 S = 30 。CA通电通电CABBCA3412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,称为称为步距步距步距步距角角角角。N:一个
10、周期的运行拍数一个周期的运行拍数,即即通电通电状态循环一周需要改变的次数状态循环一周需要改变的次数Zr：转子齿数转子齿数如：如：Zr=40 , N=3 时时 步距角步距角拍数：拍数：N=kmk=1 1 单拍制单拍制2 2 双拍制双拍制m:m:相数相数 转速转速每输入一个脉冲，电机转过每输入一个脉冲，电机转过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，通电状态的切换频率越高，即脉冲步距角一定时，通电状态的切换频率越高，即脉冲频率越高时，步进电动机的
11、转速越高。脉冲频率一频率越高时，步进电动机的转速越高。脉冲频率一定时，步距角越大、即转子旋转一周所需的脉冲数定时，步距角越大、即转子旋转一周所需的脉冲数越少时，步进电动机的转速越高。越少时，步进电动机的转速越高。步进电机的矩频特性步进电动机的输出转矩与控制脉冲频率之间的关步进电动机的输出转矩与控制脉冲频率之间的关系称为矩频特性系称为矩频特性步进电动机矩频特性步进电动机矩频特性特点：特点：特点：特点：下降曲线。以最下降曲线。以最大负载转矩（启大负载转矩（启动转矩）动转矩）T Tq q为起为起点，随着控制脉点，随着控制脉冲频率增加，步冲频率增加，步进电动机的转速进电动机的转速逐步升高、而带逐步升高
12、、而带负载能力却下降负载能力却下降步进电动机的驱动步进电动机的驱动步进电动机的驱动步进电动机的驱动步进电动机的驱动电源主要由脉冲发生器、脉冲分配器步进电动机的驱动电源主要由脉冲发生器、脉冲分配器和脉冲放大器（也称功率放大器）三部分组成。和脉冲放大器（也称功率放大器）三部分组成。步进驱动器与电机的接线 在步进驱动模块面板的在步进驱动模块面板的24V和和0V端子引入端子引入DC 24V 电源。电源。 驱动器的输入信号为驱动器的输入信号为CP+、CP-和和DIR+、DIR-，参见下图。，参见下图。 在外部接成共阳方式：把在外部接成共阳方式：把CP+和和DIR+接在一起作为共阳端，接在一起作为共阳端，
13、由电气箱中由电气箱中PLC的的Y0端子输出脉冲信号，脉冲信号接入端子输出脉冲信号，脉冲信号接入CP-端，端，方向信号接入方向信号接入DIR-端。端。 步进驱动器与电机的接线 当当CP+和和DIR+输入输入+24V时，在脉冲信号接入端时，在脉冲信号接入端CP-，方向信号接入端方向信号接入端DIR-分别接入分别接入2K限流电阻（本模块已限流电阻（本模块已在内部接入在内部接入2K电阻）。分别把电机的电阻）。分别把电机的A相、相、B相接入驱相接入驱动器的动器的A相、相、B相输出端。相输出端。 步进电动机的驱动步进电动机的驱动步进电动机的驱动步进电动机的驱动小结小结 1、步步进进电电动动机机可可以以将将电电脉脉冲冲信信号号转转换换为为 角位移或线位移。角位移或线位移。2、其其步步距距角角和和转转速速不不受受电电压压波波动动、负负载载变变化、温度变化等因素的影响化、温度变化等因素的影响3、精精度度很很高高且且其其误误差差不不会会积积累累，常常用用于于要要求较高的自动控制系统中。求较高的自动控制系统中。
