步進電機基礎入門

1、步進電機基礎入門東方馬達中國總公司 朱華摘要：步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號， 電機則轉過一個步距角。 這一線性關系的存在， 加上步進電機只有周 期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等控制領域用步進電機來控制變的非常 的簡單。關鍵詞：脈沖控制 永磁勵磁一、步進電機的構造（以 5相步進為例）步進電機的構造主要采用圖示的方式進行講解：步進電動機構造上大致分為定子與轉子兩部分。轉子由轉子1、轉子2、永久磁鋼等3部分構成。而且轉子朝軸方向已經(jīng)磁化，轉

2、子1為N極時，轉子 2則為S極。轉子1線圈電動機構追圖1 :與轉軸成平行方向的斷面圖定子擁有小齒狀的磁極，共有10個，皆繞有線圈。其線圈的對角位置的磁極相互連接著，電流流通后，線圈即會被磁化成同一極性。（例如某一線圈經(jīng)由電流的流通后，對角線的磁極將同化成S極或N極。）對角線的2個磁極形成1個相，而由于有 A相至E 相等5個相位，因此稱為 5相步進電動機。轉子2出力軸線圈凸緣系統(tǒng)構成圖示轉子的外圈由 50個小齒構成，轉子 1和轉子2的小齒于構造上互 相錯開1/2螺距。 由此轉子形成了 100個小齒。目前已經(jīng)有轉子單個加工至 100齒的高分辨率型，那么高分辨 率型的轉子就有 200個小齒。因此其機

3、械上就可以實現(xiàn)普通步進電機半步（普通步進電機半步需要電氣細分達到）的分辨率。各磁極前端刻有小齒定子A相、B相、C相、D相、 E相各相線圈的繞線分 別對應到其具有相同磁 性的磁極上。轉子1岀力軸轉子2A相B相C相D相E和電動機構造圖2 :與轉軸成垂直方向的斷面圖二、步進電機的運轉原理。實際上經(jīng)過磁化后的轉子及定子的小齒的位置關系，在此說明如下。首先解釋勵磁，勵磁就是指電動機線圈通電時的狀態(tài)。 A相勵磁將A相勵磁，會使得磁極磁化成S極，而其將與帶有 N極磁性的 轉子1的小齒互相吸引，并與帶有 S極磁性的轉子 2的小齒相斥， 于平衡后停止。此時，沒有勵磁的B無佩啟相磁極的小齒和帶有 S極磁性的轉子2

4、的小齒互相偏離 0.72 。以上是 A相勵磁時的 定子和轉子小齒的位置關系。 B相勵磁其次由A相勵磁轉為 B相勵磁時，B相磁極磁化成 N極，與擁有S極磁性的轉子 2互 相吸引，而與擁有 N極磁性的轉子1相斥。也就是說，從 A相勵磁轉換至 B相勵磁時，轉子轉動 0.72 。由此可知， 勵磁相位 隨A相t B相t C相t D相t E相t A相依次轉換，則步進電動機以每次 0.72。做正 確的轉動。同樣的，希望作反方向轉動時，只需將勵磁順序倒轉，依照A相t E相t D相t C相t B相t A相勵磁即可。0.72。的高分辨率，是取決于定子和轉子構造上的機械偏移量，所以不需要編碼器等傳 感器即可正確的定

5、位。下圖就5相步進每次的位移量是0.72。進行更詳細的說明：是使具呈現(xiàn)相隔6/10的齒距差之配置方式口由于第一組定子正好與轉子相對應吸引。就勢必會導致第二組定子與對應的轉子相偏離（定子與轉子齒距一樣，但是各自所在的2個圓不一樣大）。而這個偏離值正好是齒距的十分之一。因此普通 5相步進的步距角為：360 /50齒/10=0.72 高分辨率5相步進的步距角為：360 /100齒/10=0.36 另外，就停止精度而言，會影響的只有定子與轉子的加工精度、組裝精度、及線圈的直流電阻的不同等而已，因此可獲得 土 3分（無負載時）的高停止精度。實際上步進電動機是由驅動器來進行勵磁相的轉換，而勵磁相的轉換時機

6、則是由輸入驅動器的脈沖信號所進行。以上舉的是 1相位勵磁的例子，實際運轉時，為有效利用線圈同時進行4相或5相勵磁的。三、步進電動機的特征控制器1、運轉需要的三要素：控制器、驅動器、步進電動機驅動器步進電動機JUUL I |_脈沖信號提供電力（J以上三部分是步進電機運轉必不可少的三部分?？刂破饔纸忻}沖產(chǎn)生器，目前主要有 PLC、單片機、運動板卡等等。2、運轉量與脈沖數(shù)的比例關系設定脈沖數(shù)即可達到正確的定位運轉。1 PULSE10 PULESE125 PULSES 0.72+7.2Q*90電動機運轉量L =步級角” / S t E p X脈沖數(shù)3、運轉速度與脈沖速度的比例關系設定脈沖速度（頻率藕即可達到正確的運轉速度控制。IIIIIIHillini1UMB1500Hz1000Hz2000Hz* 60r/min* 120r/min* 240r/min電動機運轉速度/min 步級角F/步級360Q X脈沖速度Hz X 604、本身具有保持力，自我保持力消失。步進電機只有在通電狀況下， 才具備自我保持力。在停電狀況下 因此在升降設備傳動時，務必使用附電磁剎車型步進電機。四、結束語雖然步進電機已被廣泛地應用， 但步進電機并不能像普通的直流電機，交流電機在常規(guī)下就能使用