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步进电机的原理及其使用制作人：唐顺波、吴科、何丹丹、杨彦楠、杨敏班级：09级电气1班、2班学校：重庆理工大学步进电机原理及使用说明二、步进电机的分类及结构一、步进电机简介四、步进电机的三个中用概念三、步进电机的工作原理及其特点五、步进电机的驱动电源八、步进电机的应用九、其他说明十、参考文献：六、驱动控制系统组成七、步进电机的选择一、步进电机简介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。种类：励磁方式磁阻式(反应式)永磁式混合式运行方式直线型平面型系统构成：步进电机脉冲分配器脉冲放大器脉冲信号输入二.步进电动机的分类二、步进电机的结构步进电机的内部结构结构定子绕组定子转子步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极。ABC定子转子定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数的区别。三.步进电动机工作原理及特点步进电动机的定子一般为凸极式，设置多相绕组用作控制绕组来接收电脉冲。转子亦为凸极，可由软铁或永久磁铁构成，也可以是带齿的圆柱形铁心。3.1工作原理下面将通过步进电机的工作方式来进一步阐述其工作原理：步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双六拍、三相双三拍等。这里我们会用到几个概念：步距角、步进机的相数、拍数、保持转矩。步距角：表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。真正的步距角和驱动器有关。相数：产生不同对极N、S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-DA-A保持转矩：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。A相通电，A方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁A相通电使转子1、3齿和AA'对齐。CA'BB'C'A34123.1.1、三相单三拍三相绕组中的通电顺序为：A相B相C相CA'BB'C'A同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30；C相通电再转30。C'CA'BB'A这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过30。此角称为步距角，用S表示。（2）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。3.1.2、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：AABBBCCCAA共六拍。工作过程：A相通电，转子1、3齿和A相对齐。CA'BB'C'A3412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15°。（1）BB'磁场对2、4齿有磁拉力，该拉力使转子顺时针方向转动。A、B相同时通电（2）AA'磁场继续对1、3齿有拉力。CA'BB'C'A总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为15。CA'BB'C'AB相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。3.1.3、三相双三拍三相绕组的通电顺序为：ABBCCAAB共三拍。AB通电CA'BB'C'ACA'BB'C'ABC通电以上三种工作方式，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。工作方式为三相双三拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转30，即S=30。CA通电CA'BB'C'A三.步进电动机工作原理及特点3.2工作特点1、输出角与输入脉冲严格成正比，且在时间长同步。步进电机的步距角不受各种干扰因素，如电压的大小、电流的数值、波形的影响，转子的速度主要取决与脉冲信号的频率，总的位移量则取决与总脉冲数。2、步进电机的转向可以通过改变通电顺序来改变。3、转子惯量小，启、停时间短。4、步进电机具有自锁能力，一旦停止输入脉冲，只要维持绕组通电机就可以保持在该固定位置。5、步进电机的步进角有误差、转子转过一定步数以后也会出现累计误差，但转子转过一转时间以后，其累积误差为零，不会长期积累。6、与计算机接口容易，维修方便，寿命长。步进电机本身就是一个数/模转换器，能够直接接受计算机的输出的数字量。7、能量效率低，存在失步现象。四、步进电机的三个重要概念一、转角由脉冲数产生二、转速由脉冲频率产生三、转向由方向信号决定五、步进电机的驱动电源1、步进电机应由专用的驱动电源来供电，由驱动电源和步进电机组成一套伺服装置来驱动负载工作。2、步进电机的驱动电源，主要包括边频信号源、脉冲分配器和脉冲放大器等三个部分，如图1－4所示。六、驱动控制系统组成使用、控制步进电机必须由环形脉冲，功率放大等组成的控制系统，其方框图如下：1、脉冲信号的产生脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。2、信号分配应子式步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种。3、功率放大功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。步进电机转速越高，力距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。电压对力矩影响如右：4、细分驱动器七、步进电机的选择步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。1、步距角的选择2、静力矩的选择3、电流的选择综上所述选择电机一般应遵循以下步骤：八、步进电机的应用1.步进电机主要用于一些有定位要求的场合。例如：线切割的工作台拖动，植毛机工作台（毛孔定位），包装机（定长度）。一般涉及到定位的场合都用得到。2.广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、喷涂设备、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、工业控制系统、办公自动化、机器人等领域。3.步进电机在电脑绣花机等纺织机械设备中有着广泛的应用，应用案例粉剂包装机stone:步进电机控制打料螺杆灌装精度准确，该机用于包装袋装的粉状类，计量系统为步进电机控制。如：农药、化肥、兽药、饲料、面膜粉、奶粉、调味品等。螺杆灌装适用于流动性不好的物料，具有快速、准确、经济、实用的优点。stone:电脑控制程序，即时显示光盘存储库的工作状态，应用于图书馆光盘管理及一些档案管理等光盘选取机电压互感器专用绕线机stone:失血量在20％以上，需要常规配血的手术，自体血液回收机商用表格印刷机数控高压水射流切割机喷泉喷头角度控制小制作中用到的一些步进电机九、其他说明有关低频振动、升降速、机械共振、工作往复运动的误差、平面圆弧X、Y插补误差以及其他问题。具体解决办法在此不做叙述不同厂家的电机在设计、使用材料及加工工艺方面差别很大，选用步进电机应注重可靠性而轻性能、重品质而轻价格。步进电机的精度有以下指标确定：零位误差和不灵敏区、步距误差步距、累积误差十、参考文献机电一体化概论（赵再军编）控制电机（李光友编）汤蕴璆，史乃，沈文豹。电机理论与运行：上、下册[M]。北京：水利电力出版社，1983—1984.李发海等。电机学[M].第二版。北京：科学出版社，1991.汤蕴璆，张奕黄，范瑜。交流电机动态分析[M].北京：机械工业出版社，2005.