步进电动机工作原理

1、步进电动机工作原理（一）步进电动机的运转状态与普通电动机不同，它随供给电源的脉冲一步一步的转动，是一种数字电动机。步进电动机能随供给的电源脉冲数转动相应步数，而每一步的角度是固定的，所以步进电动机能按控制转动所需的圈数、角度，广泛应用在数控机床、自动化设备、仪器仪表等行业。本节介绍应用最广的反应式步进电动机。 反应式步进电动机是根据磁阻性质转矩工作的，遵循磁通总是沿磁阻最小的路径闭合的原理，由磁拉力形成转矩。前面介绍的开关磁阻电动机也可视为步进运行，因每切换一组线圈电源时转子就转动一定角度，只要停止切换转子就停止不动了，只不过每一步角度是30度，应用在数控设备显然过于粗糙。实际应用的步进电动机

2、步进角度较小，下面介绍的步进电动机模型每步为3度。 图1是步进电动机的定子铁心，在内周有六个磁极，每个磁极上有5个小齿，径向的两个磁极组成一对磁极，定子铁心由冲制的硅钢片叠制而成。 图2是步进电动机的转子铁心，转子上没有线圈，但在外圆周有40个小齿，齿宽与齿间隔大小一样，转子铁心也由冲制的硅钢片叠制而成。定子磁极上的小齿的齿宽与齿间隔与转子上的小齿一样，当定子一对磁极小齿与转子小齿对齐时，另两对磁极小齿与转子小齿角度相差3度或-3度，见图3。 图4是绕有线圈的定子与装有转轴的转子组装图。反应式步进电机多为三相线圈，本模型的三对磁极可绕三组线圈组成三相绕组。由脉冲信号发生器按照给定的设置不断向步

3、进电机驱动器发送控制脉冲信号，驱动器又根据转动方向与运转状态向三相线圈供电（每输入一个脉冲信号切换一次供电状态），每一个控制脉冲电信号转子转动一步，每步转的角度称为步距角。 三相线圈分为A、B、C三个线圈，图5是用三个开关晶体管向三个线圈供电的连接图：三个线圈的一端与电源正极相连，另一端分别与三个开关晶体管连接，每个时期仅有一个开关晶体管导通一个线圈通电，这是一种基本的也是常用的工作方式。 为了清楚的演示该步进电机模型的工作状态，我们取模型的正视图来作动画，图6是模型的正视图，清楚的显示了三相线圈的组合与连接，黄色线圈是A相线圈、绿色线圈是B相线圈、红色线圈是C相线圈。 下面我们从动画中截取几

4、幅画面，并用这些画面来介绍该步进电机的工作原理。图7是BG1导通A相线圈通电，此时转子被磁力吸引静止不动。 步进电动机工作原理（二）上接第一页“步进电动机工作原理（一）”第一个控制脉冲来时，BG1截止BG2导通，B相线圈通电，磁通按最近的路径闭合，在磁力拉动下，转子开始向逆时针方向转动，见图8。在磁力拉动下，转子向逆时针方向转动，图9是转到1.5度时的位置。在磁力拉动下，转子向逆时针方向转动到3度，见图10，如果不来控制脉冲，转子将停止在这个角度不动，这样一个控制脉冲驱动转子转了一步，一个步距角3度。如果再来一个控制脉冲，开关晶体管BG2截止BG3导通，C线圈通电，转子在磁拉力作用下开始继续转

5、动，见图11。 在磁力拉动下，转子向逆时针方向转动到6度，见图12，如果不来控制脉冲，转子将停止在这个角度不动，这样第二个控制脉冲驱动转子又转了一步，总共转了6度。 如果再来一个控制脉冲，开关晶体管BG3截止BG1导通，A线圈通电，转子在磁拉力作用下开始继续转动，见图13。 在磁力拉动下，转子向逆时针方向转动到9度，见图14，此时状态与初始位置图7相同，转子一共转了3步共9度，也就是转子的一个齿距9度。如果需要继续转动就继续发控制脉冲，就重复图8开始的过程。不停的发控制脉冲电机就会不停的旋转，脉冲一停电机就停止转动。需要反转就改变三相切换顺序，例如前面的过程是按A-B-C顺序导通转子逆时针转动，改为C-B-A顺序导通转子则按顺时针转动。控制脉冲频率高则转子转速高、频率低则转子转速低，可以非常低或静止固定在指定位置。但转子开始转动与停止转动时驱动器都