步进电机基础入门

1、步进电机基础入门东方马达中国总公司 朱华摘要：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。关键词：脉冲控制 永磁励磁一、步进电机的构造（以 5相步进为例）步进电机的构造主要采用图示的方式进行讲解：步进电动机构造上大致分为定子与转子两部分。转子由转子1、转子2、永久磁钢等3部分构成。而且转子朝轴方向已经磁化，转

2、子1为N极时，转子 2则为S极。转子1线圈电动机构追图1 :与转轴成平行方向的断面图定子拥有小齿状的磁极，共有10个，皆绕有线圈。其线圈的对角位置的磁极相互连接着，电流流通后，线圈即会被磁化成同一极性。（例如某一线圈经由电流的流通后，对角线的磁极将同化成S极或N极。）对角线的2个磁极形成1个相，而由于有 A相至E 相等5个相位，因此称为 5相步进电动机。转子2出力轴线圈凸缘系统构成图示转子的外圈由 50个小齿构成，转子 1和转子2的小齿于构造上互 相错开1/2螺距。 由此转子形成了 100个小齿。目前已经有转子单个加工至 100齿的高分辨率型，那么高分辨 率型的转子就有 200个小齿。因此其机

3、械上就可以实现普通步进电机半步（普通步进电机半步需要电气细分达到）的分辨率。各磁极前端刻有小齿定子A相、B相、C相、D相、 E相各相线圈的绕线分 别对应到其具有相同磁 性的磁极上。转子1岀力轴转子2A相B相C相D相E和电动机构造图2 :与转轴成垂直方向的断面图二、步进电机的运转原理。实际上经过磁化后的转子及定子的小齿的位置关系，在此说明如下。首先解释励磁，励磁就是指电动机线圈通电时的状态。 A相励磁将A相励磁，会使得磁极磁化成S极，而其将与带有 N极磁性的 转子1的小齿互相吸引，并与带有 S极磁性的转子 2的小齿相斥， 于平衡后停止。此时，没有励磁的B无佩启相磁极的小齿和带有 S极磁性的转子2

4、的小齿互相偏离 0.72 。以上是 A相励磁时的 定子和转子小齿的位置关系。 B相励磁其次由A相励磁转为 B相励磁时，B相磁极磁化成 N极，与拥有S极磁性的转子 2互 相吸引，而与拥有 N极磁性的转子1相斥。也就是说，从 A相励磁转换至 B相励磁时，转子转动 0.72 。由此可知， 励磁相位 随A相t B相t C相t D相t E相t A相依次转换，则步进电动机以每次 0.72。做正 确的转动。同样的，希望作反方向转动时，只需将励磁顺序倒转，依照A相t E相t D相t C相t B相t A相励磁即可。0.72。的高分辨率，是取决于定子和转子构造上的机械偏移量，所以不需要编码器等传 感器即可正确的定

5、位。下图就5相步进每次的位移量是0.72。进行更详细的说明：是使具呈現相隔6/10的齿距差之配置方式口由于第一组定子正好与转子相对应吸引。就势必会导致第二组定子与对应的转子相偏离（定子与转子齿距一样，但是各自所在的2个圆不一样大）。而这个偏离值正好是齿距的十分之一。因此普通 5相步进的步距角为：360 /50齿/10=0.72 高分辨率5相步进的步距角为：360 /100齿/10=0.36 另外，就停止精度而言，会影响的只有定子与转子的加工精度、组装精度、及线圈的直流电阻的不同等而已，因此可获得 土 3分（无负载时）的高停止精度。实际上步进电动机是由驱动器来进行励磁相的转换，而励磁相的转换时机

6、则是由输入驱动器的脉冲信号所进行。以上举的是 1相位励磁的例子，实际运转时，为有效利用线圈同时进行4相或5相励磁的。三、步进电动机的特征控制器1、运转需要的三要素：控制器、驱动器、步进电动机驱动器步进电动机JUUL I |_脉冲信号提供电力（J以上三部分是步进电机运转必不可少的三部分。控制器又叫脉冲产生器，目前主要有 PLC、单片机、运动板卡等等。2、运转量与脉冲数的比例关系设定脉冲数即可达到正确的定位运转。1 PULSE10 PULESE125 PULSES 0.72+7.2Q*90电动机运转量L =步级角” / S t E p X脉冲数3、运转速度与脉冲速度的比例关系设定脉冲速度（频率藕即可达到正确的运转速度控制。IIIIIIHillini1UMB1500Hz1000Hz2000Hz* 60r/min* 120r/min* 240r/min电动机运转速度/min 步级角F/步级360Q X脉冲速度Hz X 604、本身具有保持力，自我保持力消失。步进电机只有在通电状况下， 才具备自我保持力。在停电状况下 因此在升降设备传动时，务必使用附电磁刹车型步进电机。四、结束语虽然步进电机已被广泛地应用， 但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机在常规下就能使用