步进电机工作原理

步进电动机是一种将步进电动机是一种将步进电动机是一种将步进电动机是一种将电脉冲信号电脉冲信号电脉冲信号电脉冲信号转换成机械位移的机电执行转换成机械位移的机电执行转换成机械位移的机电执行转换成机械位移的机电执行元件元件元件元件。。。。每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时，，，，其转轴就其转轴就其转轴就其转轴就转过一个转过一个转过一个转过一个固定的角度固定的角度固定的角度固定的角度（（（（步距角步距角步距角步距角），），），），顺序连续地发给脉冲顺序连续地发给脉冲顺序连续地发给脉冲顺序连续地发给脉冲，，，，则电则电则电则电机轴机轴机轴机轴一步接一步地运转一步接一步地运转一步接一步地运转一步接一步地运转。。。。一一一一、、、、步进电机结构步进电机结构步进电机结构步进电机结构图1步进电机结构图1111：：：：按工作原理分按工作原理分按工作原理分按工作原理分反应式反应式反应式反应式、、、、永磁式永磁式永磁式永磁式、、、、混合式混合式混合式混合式（（（（Hybrid））））三种三种三种三种。。。。(1)、、、、反应式步进电动机反应式步进电动机反应式步进电动机反应式步进电动机：：：：转子铁芯转子铁芯转子铁芯转子铁芯用硅钢片或是软磁性材料用硅钢片或是软磁性材料用硅钢片或是软磁性材料用硅钢片或是软磁性材料做成做成做成做成，，，，没有励磁绕组没有励磁绕组没有励磁绕组没有励磁绕组；；；；(2)、、、、永磁式步进电动机永磁式步进电动机永磁式步进电动机永磁式步进电动机：：：：转子铁芯是用永久性磁铁做的转子铁芯是用永久性磁铁做的转子铁芯是用永久性磁铁做的转子铁芯是用永久性磁铁做的，，，，没没没没有励磁绕组有励磁绕组有励磁绕组有励磁绕组。。。。(3)、、、、混合式步进电机混合式步进电机混合式步进电机混合式步进电机：：：：混合式步进电机综合混合式步进电机综合混合式步进电机综合混合式步进电机综合了反应式了反应式了反应式了反应式、、、、永磁永磁永磁永磁式步进电动机两者的优点式步进电动机两者的优点式步进电动机两者的优点式步进电动机两者的优点，，，，它的步距角小它的步距角小它的步距角小它的步距角小，，，，出力大出力大出力大出力大，，，，动态性动态性动态性动态性能好能好能好能好，，，，是目前性能最高的步进电动机是目前性能最高的步进电动机是目前性能最高的步进电动机是目前性能最高的步进电动机。。。。它有时也称作永磁感它有时也称作永磁感它有时也称作永磁感它有时也称作永磁感应子式步进电动机应子式步进电动机应子式步进电动机应子式步进电动机。。。。二二二二、、、、步进电机的分类步进电机的分类步进电机的分类步进电机的分类2222：：：：按输出转矩大小分按输出转矩大小分按输出转矩大小分按输出转矩大小分：：：：快速步进电机快速步进电机快速步进电机快速步进电机（（（（输出扭矩输出扭矩输出扭矩输出扭矩0.07~4N.m0.07~4N.m0.07~4N.m0.07~4N.m））））,,,,可控制小可控制小可控制小可控制小型精密机床的工作台型精密机床的工作台型精密机床的工作台型精密机床的工作台；；；；功率步进电功率步进电功率步进电功率步进电机机机机（（（（输出扭矩输出扭矩输出扭矩输出扭矩5~40N.m5~40N.m5~40N.m5~40N.m），），），），可直接驱可直接驱可直接驱可直接驱动机床移动部件动机床移动部件动机床移动部件动机床移动部件。。。。3333：：：：按励磁相数分有二按励磁相数分有二按励磁相数分有二按励磁相数分有二、、、、三三三三、、、、四四四四、、、、五五五五、、、、六六六六、、、、八相等八相等八相等八相等。。。。三三三三、、、、步进电机的工作原理步进电机的工作原理步进电机的工作原理步进电机的工作原理当给当给当给当给AAAA相通电时相通电时相通电时相通电时，，，，由于定子由于定子由于定子由于定子AAAA齿和齿和齿和齿和转子的转子的转子的转子的1111齿对齐齿对齐齿对齐齿对齐，，，，没有切向力没有切向力没有切向力没有切向力，，，，转子转子转子转子静止静止静止静止。。。。接着给接着给接着给接着给BBBB相绕组通电时相绕组通电时相绕组通电时相绕组通电时，，，，转子转子转子转子位置如图位置如图位置如图位置如图（（（（aaaa），），），），转子齿偏离定子齿转子齿偏离定子齿转子齿偏离定子齿转子齿偏离定子齿一个角度一个角度一个角度一个角度（（（（30303030°°°°）。）。）。）。由于由于由于由于励磁磁通励磁磁通励磁磁通励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过力图沿磁阻最小路径通过力图沿磁阻最小路径通过力图沿磁阻最小路径通过，，，，因此对因此对因此对因此对转子产生电磁吸力转子产生电磁吸力转子产生电磁吸力转子产生电磁吸力，，，，迫使转子齿转迫使转子齿转迫使转子齿转迫使转子齿转动动动动，，，，当转子转到与定子齿对齐位置当转子转到与定子齿对齐位置当转子转到与定子齿对齐位置当转子转到与定子齿对齐位置时时时时((((图图图图b)b)b)b)，，，，因转子只受径向力而无切因转子只受径向力而无切因转子只受径向力而无切因转子只受径向力而无切线力线力线力线力，，，，故转矩为零故转矩为零故转矩为零故转矩为零，，，，转子被锁定在转子被锁定在转子被锁定在转子被锁定在这个位置上这个位置上这个位置上这个位置上。。。。由此可见由此可见由此可见由此可见：：：：错齿是助使步进电错齿是助使步进电错齿是助使步进电错齿是助使步进电机旋转的根本原因机旋转的根本原因机旋转的根本原因机旋转的根本原因。。。。图图图图aaaa图图图图bbbb四四四四、、、、步进电动机的通电方式步进电动机的通电方式步进电动机的通电方式步进电动机的通电方式（（（（以三相步进电机为例以三相步进电机为例以三相步进电机为例以三相步进电机为例））））1.1.1.1.单相通电方式单相通电方式单相通电方式单相通电方式：：：：“单单单单”指每次切换前后只有一相绕组通电指每次切换前后只有一相绕组通电指每次切换前后只有一相绕组通电指每次切换前后只有一相绕组通电。。。。正转正转正转正转：：：：AAAA－－－－BBBB－－－－Ｃ－ＡＣ－ＡＣ－ＡＣ－Ａ时时时时，，，，转子按顺时针方向一步一步转动转子按顺时针方向一步一步转动转子按顺时针方向一步一步转动转子按顺时针方向一步一步转动。。。。反转反转反转反转：：：：AAAA－－－－Ｃ－Ｂ－ＡＣ－Ｂ－ＡＣ－Ｂ－ＡＣ－Ｂ－Ａ时时时时，，，，转子按逆时针方向一步一步转动转子按逆时针方向一步一步转动转子按逆时针方向一步一步转动转子按逆时针方向一步一步转动。。。。3.3.3.3.单单单单、、、、双拍工作方式双拍工作方式双拍工作方式双拍工作方式：：：：单双两种通电方式的组合应用单双两种通电方式的组合应用单双两种通电方式的组合应用单双两种通电方式的组合应用正转正转正转正转：：：：AAAA----ABABABAB----BBBB----BCBCBCBC----CCCC----CACACACA----AAAA反转反转反转反转：：：：AAAA----ACACACAC----CCCC----CBCBCBCB----BBBB----BABABABA----AAAA2.2.2.2.双拍工作方式双拍工作方式双拍工作方式双拍工作方式：：：：“双双双双”是指每次有两厢绕组通电是指每次有两厢绕组通电是指每次有两厢绕组通电是指每次有两厢绕组通电。。。。正转正转正转正转：：：：ABABABAB----BCBCBCBC----CACACACA----ABABABAB反转反转反转反转：：：：ACACACAC----CBCBCBCB----BABABABA----ACACACAC•对于上述三相反应式步进电机对于上述三相反应式步进电机对于上述三相反应式步进电机对于上述三相反应式步进电机，，，，其运行方式有其运行方式有其运行方式有其运行方式有单三拍单三拍单三拍单三拍、、、、单双拍及双三拍等通电方式单双拍及双三拍等通电方式单双拍及双三拍等通电方式单双拍及双三拍等通电方式。。。。•“单单单单”、、、、“双双双双”、、、、“拍拍拍拍”的意思是的意思是的意思是的意思是：：：：“单单单单”是指每次切是指每次切是指每次切是指每次切换前后只有一相绕组通电换前后只有一相绕组通电换前后只有一相绕组通电换前后只有一相绕组通电，，，，“双双双双”就是指每次有就是指每次有就是指每次有就是指每次有两相绕相通电两相绕相通电两相绕相通电两相绕相通电；；；；而从一种通电状态转换到另一而从一种通电状态转换到另一而从一种通电状态转换到另一而从一种通电状态转换到另一种通电状态就叫做一种通电状态就叫做一种通电状态就叫做一种通电状态就叫做一“拍拍拍拍”。。。。•“相相相相”指步进电机定子绕组的对数指步进电机定子绕组的对数指步进电机定子绕组的对数指步进电机定子绕组的对数当当当当AAAA相绕组通以直流电流时相绕组通以直流电流时相绕组通以直流电流时相绕组通以直流电流时，，，，根据电磁学原根据电磁学原根据电磁学原根据电磁学原理理理理，，，，便会在便会在便会在便会在AAAAAAAA方向上产生一磁场方向上产生一磁场方向上产生一磁场方向上产生一磁场，，，，在磁场电磁在磁场电磁在磁场电磁在磁场电磁力的作用下力的作用下力的作用下力的作用下，，，，吸引转子吸引转子吸引转子吸引转子，，，，使转子的齿与定子使转子的齿与定子使转子的齿与定子使转子的齿与定子AAAAAAAA磁极上的齿对齐磁极上的齿对齐磁极上的齿对齐磁极上的齿对齐。。。。若若若若AAAA相断电相断电相断电相断电，，，，BBBB相通电相通电相通电相通电，，，，这时这时这时这时新的磁场其电磁力又吸引转子的两极与新的磁场其电磁力又吸引转子的两极与新的磁场其电磁力又吸引转子的两极与新的磁场其电磁力又吸引转子的两极与BBBBBBBB磁极磁极磁极磁极齿对齐齿对齐齿对齐齿对齐，，，，转子沿顺时针转过转子沿顺时针转过转子沿顺时针转过转子沿顺时针转过60606060°°°°。。。。通常通常通常通常，，，，步进步进步进步进电机绕组的通断电状态每改变一次电机绕组的通断电状态每改变一次电机绕组的通断电状态每改变一次电机绕组的通断电状态每改变一次，，，，其转子转其转子转其转子转其转子转过的角度过的角度过的角度过的角度称为步距角称为步距角称为步距角称为步距角。。。。图示步进电机的步距图示步进电机的步距图示步进电机的步距图示步进电机的步距角等于角等于角等于角等于60606060°°°°。。。。如果控制线路不停地按如果控制线路不停地按如果控制线路不停地按如果控制线路不停地按AAAA→→→→BBBB→→→→CCCC→→→→AAAA…的顺的顺的顺的顺序控制步进电机绕组的通断电序控制步进电机绕组的通断电序控制步进电机绕组的通断电序控制步进电机绕组的通断电，，，，步进电机的转步进电机的转步进电机的转步进电机的转子便不停地顺时针转动子便不停地顺时针转动子便不停地顺时针转动子便不停地顺时针转动。。。。若通电顺序改为若通电顺序改为若通电顺序改为若通电顺序改为AAAA→→→→CCCC→→→→BBBB→→→→AAAA…，，，，同理同理同理同理，，，，步步步步进电机的转子将逆时针不停地转动进电机的转子将逆时针不停地转动进电机的转子将逆时针不停地转动进电机的转子将逆时针不停地转动。。。。三相三拍通电方式三相三拍通电方式三相三拍通电方式三相三拍通电方式图中的步进电机图中的步进电机图中的步进电机图中的步进电机，，，，定子仍是定子仍是定子仍是定子仍是AAAA，，，，BBBB，，，，CCCC三相三相三相三相，，，，每相每相每相每相两极两极两极两极，，，，但转子不是两个磁极而是四个但转子不是两个磁极而是四个但转子不是两个磁极而是四个但转子不是两个磁极而是四个。。。。当当当当AAAA相通电相通电相通电相通电时时时时，，，，是是是是1111和和和和3333极与极与极与极与AAAA相的两极对齐相的两极对齐相的两极对齐相的两极对齐，