步進電機的種類及其工作原理（課堂PPT）

1、1一、步進電機的定義w 步進電機又稱電脈沖馬達。它是將電脈沖信號轉換成機械角位移的電動機。w 輸入一個電脈沖就轉動一步，即每當電機繞組接受一個電脈沖，轉子就轉過一個相應的步距角。w 轉子的角位移的大小及轉速分別與輸入的電脈沖數(shù)及其頻率成正比。并在時間上與輸入脈沖同步。w 只要控制輸入電脈沖的數(shù)量、頻率以及電機繞組通電相序即可獲得所需的轉角、轉速及轉向，很容易用微機實現(xiàn)數(shù)字控制。2步進電演示動畫步進電演示動畫3步進電機的特點w1、可以用數(shù)字信號直接進行開環(huán)控制，整個系統(tǒng)簡單廉價。2、位移與輸入脈沖信號數(shù)相對應，步距誤差不長期積累，可以組成結構較為簡單又具有一定精度的開環(huán)控制系統(tǒng)，也可在要求更高精

2、度的組成閉環(huán)控制系統(tǒng)。 3、無刷，電動機本體部件少，可靠性高。4、易于起動，停止，正反轉及速度響應性好。5、停止時可有自鎖能力。6、步距角可在大范圍內選擇，在小步距情況下，通常可以在超低轉速下高轉距穩(wěn)定運行，通?？梢圆唤洔p速器直接驅動負載。 w7、速度可在相當寬范圍內平滑調節(jié)，同時用一臺控制器控制幾臺步進電動機可使它們完全同步運行。8、步進電動機帶慣性負載能力較差。9、由于存在失步和共振，步進電機的加減速方法根據利用狀態(tài)的不同而復雜化。 4步進電機的種類一、可變磁阻型(VR型Variable Reluctivity Type)。又稱作反應式步進電機。 其定子與轉子由鐵芯構成，沒有永久磁鐵，定子

3、上嵌有線圈轉于在定子與轉子磁阻最小位置上轉動，并由此而得名可變磁阻型。 這類電機的轉子結構簡單、轉子直徑小，有利于高速響應。由于 該類電機的定子與轉子均不含永久磁鐵，故無勵磁時沒有保持力。 這種電機具有制造成本高、效率低、轉子的阻尼差、噪聲大等缺點。 制造材料費用低、結構簡單、步距角小。5步進電機的種類二、永磁型(PM型一Permanent Magnet Type) PM型步進電機的轉子采用永久磁鐵、定子采用軟磁鋼制成，繞組輪流通電，建立的磁場與永久磁鐵的恒定磁場相互吸引與排斥產生轉矩。 這種電機由于采用了永久磁鐵，即使定子繞組斷電也能保持一定轉矩。 PM型電機的特點是勵磁功率小、效率高、造價

4、便宜，因此需要量也大。由于轉子磁鐵的磁化間距受到限制，難于制造，故步距角較大。6步進電機的種類三、混合型(HB型一Hybrid Type)w 轉子導磁體上嵌有永久磁鐵，可以說是永磁型和可變磁阻型相結合的一種形式。故稱為混合型步進電機。w 它不僅具有VR型步進電機步距角小、響應頻率高的優(yōu)點，而且還具有PM型步進電機勵磁功率小、效率高的優(yōu)點。7步進電機的工作原理單三拍891011步進電機的工作原理w 三相六拍1213步進電動機的主要性能指標w 最大靜轉矩Mjmax(Nm) 它表示了步進電機承受負載的能力。Mjmax越大，其帶負載能力越強，運行的快速性及穩(wěn)定性也越好。w 空載起動頻率fq(步/秒)

5、它是衡量步進電機快速性能的重要技術數(shù)據。 w 起動矩頻特性 起動頻率fq隨負載力矩M下降的關系曲線稱為起動矩頻特性 w 空載運行頻率fmax(步/秒) w 運行矩頻特性 它是衡量步進電機運轉時承載能力的動態(tài)性能指標。 14四、步進電機驅動器w (1)環(huán)形脈沖分配器。步進電機的各相繞組必須按一定的順序通電才能正常工作。這種使電機繞組的通電順序按一定規(guī)律變化的部分稱為脈沖分配器，又稱環(huán)形脈沖分配器。15四、步進電機驅動器w (2)功率放大器。從計算機輸出口或從環(huán)形分配器輸出的信號脈沖電流一般只有幾個毫安，不能直接驅動步進電機，必須采用功率放大器將脈沖電流進行放大，使其增大到幾至十幾安培，從而驅動步

6、進電機運轉。由于電機各相繞組部是繞在鐵芯上的線圈，所以電感較大，繞組通電時，電流上升率受到限制。因而影響電機繞組電流的大小。繞組斷電時，電感中磁場的儲能元件將維持繞組中已有的電流不能突變，在繞組斷電時會產生反電動勢為使電流盡快衰減，并釋放反電動勢，必須增加適當?shù)睦m(xù)流回路。 步進電機所使用的功率放大電路有電壓型和電流型。電壓型又有單電壓型、雙電壓型(高低壓型)。電流型中有恒流驅動、斬波驅動等。16四、步進電機驅動器（3）細分驅動。步進電機的各種功率放大電路都是按照環(huán)形分配器決定的分配方式、控制電機各相繞組的導通或截止，從而使電機產生步進運動，步距角的大小只有兩種，即整步工作或半步工作。步距角已由

7、步進電機的結構所確定。如果要求步進電機有更小的步距用或者為減小電機振動、噪聲等原因，可以在每次輸入脈沖切換時，不是將繞組電流全部通入或去除，而是只改變相應繞組中額定的一部分，則電機轉子的每步運動也只有步距角的一部分。這里繞組電流不是一個方波，而是階梯波，額定電流是臺階式的投入或切除，電流分成多少個臺階，則轉子就以同樣的個數(shù)轉過一個步距角。這樣將一個步距角細分成若干步的驅動方法稱為細分驅動。細分驅動的特點是在不改動電機結構參數(shù)的情況下，能使步距角減小。17五、步進電機的控制w 步進電機的控制電路可以采用硬件方式構成，這種情況下，如果需要變動控制功能，則又須重新設計硬件電路，因此靈活性差、調整困難。計算機數(shù)控技術為步進電機的控制開辟了新的途徑。原來由硬件線路實現(xiàn)的控制，都可方便地由相應的計算機程序模塊來實現(xiàn)。這樣不但使控制功能增強，使電路簡化、成本降低，而且可靠性也大大提高。 控制計算機I /O接口板步進電機驅動器步進電機181速度控制w 引起步進電機的失步的原因有兩種，一種是由于過載所致，另一種是啟、停過程中的升速運動。速度控制就是如何使步進電機快速不失步地升頻到高的工作頻率，不失步地快速降至停止狀態(tài)。w 定時法w 定步法192位置控制w 對步進電機實現(xiàn)位置控制的方法是，首先按照機械傳動關系，求出絲桿位移量與步進電機轉角的關