步进电机工作原理，步进电机工作原理图解

步进电机的工作原理

1.步进电机是将电脉冲信号转换成角位移或线位移的开环控制元件。在无过载的情况下，电机的转速和停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化的影响，即电机加一个脉冲信号，电机转过一个步距角。这种线性关系的存在，再加上步进电机只有周期误差没有累积误差的特性等。利用步进电机控制速度、位置等控制领域变得非常简单。虽然步进电机已经得到了广泛的应用，但步进电机不能像普通的DC电机和交流电机那样常规使用。只有由双环脉冲信号和功率驱动电路组成的控制系统才能使用。所以要用好步进电机并不容易，它涉及到机械、电机、电子、计算机等诸多专业知识。目前步进电机的生产厂家不少，但有专业技术人员能自行开发的厂家却很少。他们大多只有一二十个人，连最基本的设备都没有。只是处于盲目模仿阶段。这会给客户在产品选择和使用上造成很多麻烦。鉴于以上情况，我们决定以广泛应用的感应步进电机为例。描述其基本工作原理。希望对广大用户在整机的选择、使用和改进方面有所帮助。二。感应式步进电机的工作原理(一)反应式步进电机的原理由于反应式步进电机的工作原理比较简单。下面介绍三相反应式步进电机的原理。1.结构：电机转子上有许多均匀分布的小齿，定子齿有三个励磁绕组，它们的几何轴线依次与转子齿轴线交错。0，1/3，2/3，(两相邻转子齿轴之间的距离为表示的齿距)，即a与齿1对齐，b向右偏移1/3，c向右偏移2/3，a “与齿5对齐，(若b相通电，a、c相不通电时，齿2应与b对齐，此时转子向右移动1/3， 齿3和c之间的偏移为1/3，齿4和a之间的偏移为-1/3)=2/3。如果c相通电，而a相和b相未通电，则齿3应该与c对齐，然后转子向右移动1/3，然后齿4与a的偏移1/3.对齐如果a相通电，b相和c相不通电，齿4与a相对齐，转子通过1/3.向右移动因此，在A、B、C和A分别通电之后，齿4(即，齿1的前一个齿)移动到相A，并且电机转子向右转动一个齿距。如果电机根据A、B、C、A连续通电，电机移动每一步。如果你按A，C，B，A.为了通电，电机将反转。可以看出，电机的位置和速度通过导通次数(脉冲数)和频率有一一对应的关系。并且方向由传导顺序决定。但出于扭矩、稳定性、噪音和角度降低等方面的考虑。经常采用导电状态A-AB-B-BC-C-CA-A，将原来每一步的1/3改为1/6.甚至通过两相电流的不同组合，可以从1/3换到1/12和1/24，这是电机细分驱动的基本理论基础。不难推导出电机定子上有M相励磁绕组，它们的轴线分别偏离转子齿轴线1/m，2/m … (m-1)/m，1。并且可以控制电机按照一定的相序正反转，这是步进电机旋转的物理条件。只要满足这个条件，理论上就可以制造任何相的步进电机。考虑到成本等方面，市面上一般有二期、三期、四期、五期。3.扭矩：电机一旦通电，定子和转子之间就会产生磁场(磁通量)。当转子和定子偏移一定角度时，力F与(d/d)成正比，其磁通量=br * s br为磁密度，s为导磁面积F与L*D*Br成正比，L为铁芯有效长度，D为转子直径br=n.i/rn.i为励磁绕组的安匝数。

转矩=力*半径转矩与电机有效体积*安匝数*磁密度成正比(只考虑线性状态)。因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子气隙越小，电机转矩越大，反之亦然。(二)感应步进电机1。特点：感应步进电机与传统的反应式步进电机相比，转子上有永久磁铁提供软磁材料的工作点，而定子励磁只需要提供变化的磁场，不需要提供磁性材料工作点的能量消耗，所以电机效率高，电流小，发热低。由于永磁体的存在，电机具有很强的反电动势和自身的阻尼作用，使其在运行过程中稳定、低噪音、低频振动。在某种程度上，感应步进电机可以看作是低速同步电机。四相电机可以四相或两相运行。(必须用双极电压驱动)，而无功电机不能。比如四相八相运行(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)完全可以采用两相八拍运行方式。不难发现，它的条件是C=，D=。两相电机的内部绕组与四相电机完全相同，小功率电机一般直接接两相，而功率较大的电机可以灵活改变电机的动态，方便使用。2.分类感应子步进电机可分为两相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。根据相位的数量。按机座号(电机外径)分为42BYG(BYG是感应步进电机的代号)、57BYG、86BYG、110BYG(国际标准)，而70BYG、90BYG、130BYG都是国内标准。3.步进电机静态指标项：相数：产生不同极性N、S磁场的励磁线圈数量。常用m。拍数：完成一个磁场或导电状态的周期性变化所需的脉冲数用N表示，或电机转过一个桨距角所需的脉冲数。以一台四相电机为例，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-DA-A .步距角：对应一。=360度(转子齿数J*运转节拍数)。以常规的具有50个转子齿的两相或四相电机为例。四拍跑时步角=360度/(50*4)=1.8度(俗称全音步)，八拍跑时=360度/(50*8)=0.9度(俗称半音步)。定位力矩：电机不通电时电机转子的锁紧力矩(由磁场齿廓谐波和机械误差引起)。静态扭矩：电机在额定静电下不转动时电机轴的锁紧扭矩。这个扭矩是衡量电机体积(几何尺寸)的标准，与驱动电压和电源无关。虽然静转矩与电磁励磁的安匝数成正比，与定转子气隙有关，但过分减小气隙和增加励磁安匝数来增加静转矩是不可取的，这样会引起电机发热和机械噪声。4.步进电机动态指标和术语：1。步距角精度：步进电机转动的每一步距角的实际值与理论值之间的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同拍的数值不一样，四拍要在5%以内，八拍要在15%以内。2.失步：电机运行步数不等于理论步数。称之为不合拍。3.不对中角：转子齿轴线偏离定子齿轴线的角度。电机运行时必然存在失准角，失准角带来的误差不是细分驱动能解决的。4.最大空载起动频率：在一定的驱动形式、电压和额定电流下，电动机在无任何负载的情况下，能直接起动的最大频率。5.最大空载运行频率：在一定的驱动形式、电压和额定电流下，电机空载时的最大转速频率。

6.运行矩频特性：电机在一定试验条件下测得的输出转矩与频率的关系曲线称为运行矩频特性，它是电机众多动态曲线中最重要的，也是电机选型的根本依据。下图所示的其他特性包括惯性频率特性、起动频率特性等。一旦选择了电机，电机的静态转矩就确定了，而动态转矩没有确定。电机的动态转矩取决于电机运行时的平均电流(不是静态电流)。平均电流越大，电机的输出转矩越大，即电机的频率特性越硬。如下图所示：其中，曲线3的电流或电压最高；1曲线有最低的电流或电压，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，使用电感小电流大的电机。7.电机的谐振点：步进电机有固定的谐振区域，两相和四相感应子步进电机的谐振区域一般在180-250pps(步角1.8度)之间或400pps(步角0.9度)左右。电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，谐振区上移，反之亦然，也就是说8。电机正反转控制：电机绕组通电顺序为AB-BC-CD-DA或()时为正转，通电顺序为DA-CA-BC-AB或()时为反转。3.驱动控制系统的组成。使用和控制步进电机的控制系统必须由环形脉冲和功率放大组成。其框图如下：1 .脉冲信号的产生。脉冲信号一般由单片机或CPU产生。一般来说，脉冲信号的占空比约为0.3-0.4。电机速度越高，占空比越大。2.信号分配器(又称脉冲分配器)感应步进电机主要有两相和四相电机。两相电机有两相四拍和两相八拍两种工作模式。具体分布如下：两相四拍，步角1.8度；两相拍为，步距角为0.9度。四相电机也有两种工作模式，四相四拍是AB-BC-CD-DA-AB，步距角1.8度；四相八拍是AB-B-BC-C-CD-D- AB(步角0.9度)。3.功率放大功率放大是驱动系统中最重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于其动态平均电流而不是静态电流(而样品上的电流就是静态电流)。平均电流越大，电机的扭矩越大。为了达到平均电流，驱动系统需要尽可能地克服电机的反电动势。因此，在不同的场合采用不同的驱动方式。到目前为止，驱动方式一般有：恒压、恒压串联电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。为了尽可能提高电机的动态性能，信号分配和功率放大构成了步进电机的驱动电源。我厂生产的SH系列两相恒流斩波驱动电源、单片机、电机接线图如下：说明：CP接CPU脉冲信号(负信号，低电平有效)，OPTO离线接CPU 5VFREE，接CPU地，驱动电源不工作。DIR方向控制，接CPU地，电机反转VCC DC电源正端GND DC电源负端A接电机引出线红线接电机引出线绿线B接电机引出线黄线接电机引出线蓝线步进电机，一旦定型，其性能取决于电机。步进电机转速越高，转矩越大，电机电流越大，驱动电源电压越高。对电压转矩的影响如下：

步进电机驱动器原理是什么？

1.步进电机是一种用于控制的特殊电机。它的旋转以一个固定的角度(称为“步角”)一步一步地运行。其特点是没有累积误差(精度100%)，所以广泛应用于各种开环控制中。步进电机的运行需要一个电子器件来驱动，这个电子器件就是步进电机驱动器。它将控制系统发出的脉冲信号转换成步进电机的角位移。也就是说，控制系统每发出一个脉冲信号，步进电机就通过驱动器旋转一个步角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。因此，通过控制步进脉冲信号的频率，可以精确地调节电机。控制步进脉冲的数量可以精确定位电机。2.当步进电机由细分驱动器驱动时，其步距角变小。例如，当驱动器工作在10细分状态时，其步距角仅为‘电机固有步距角’的十分之一，也就是说：‘当驱动器工作在无细分的全步距状态时，控制系统每发出一个步距脉冲，电机旋转1.8；但细分驱动器工作在10细分状态时，电机只旋转0.18’，这是细分的基本概念。细分功能完全由驱动器通过精确控制电机的相电流产生，与电机无关。3.驱动器细分的优点是什么，为什么一定要建议使用细分功能？细分驱动器的主要优点是：完全消除了电机的低频振荡。低频振荡是步进电机(尤其是无功电机)的固有特性，细分是消除低频振荡的唯一方法。如果你的步进电机有时候要工作在谐振区(比如走弧)，选择细分驱动器是唯一的选择。提高了电机的输出扭矩。特别是对于三相反应式电机，其转矩比无细分时提高了30-40%左右。提高了电机的分辨率。随着步距角的减小和步距均匀性的提高，“提高电机的分辨率”不言而喻。

步进电动机的工作原理

步进电机是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电机。这种电机每输入一个电脉冲就运动一次，所以也叫脉冲电机。步进电机的转子由多极形式的软磁材料或永磁材料制成，定子装有不同连接的多相控制绕组。其激励信号包括DC脉冲、方波、多相方波和逻辑序列。步进电机的步距和速度不受电压波动、环境温度和负载变化的影响，只与脉冲频率有关。改变脉冲频率可以在很大范围内精确调节电机的速度。因此，采用步进电机进行开环数字控制，可以大大简化控制系统。步进电机配有位置检测元件也可用于闭环数字控制，常用于打印机、阅读器、计数器、绘图仪、数控机床、阀门执行器、定位平台、数模转换器等。步进电机有很多种，按运动形式可分为旋转步进电机和直线步进电机。