步进电机原理

1、步进电机工作原理步进电机的工作就是步进转动，其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或是直线 位移，就是给一个脉冲信号，电动机转动一个角度或是前进一步。步进电机的角位移量与 脉冲数成正比，它的转速与脉冲频率 （f） 成正比，如两相步进电机设定为半步的情况下 （ 电 机转一圈 400 个脉冲）：n=60f/200（ 转/ 分）反应式步进电机的概念 ：反应式步进电机的定子铁心由硅钢片叠成，定子上有几对磁极 （ 相数不同，磁极对也不 同。如四相电机有四对八个磁极 ） ，每个磁极上又有许多小齿。定子绕组绕在径向相对的两 个磁极上的一套绕组为一相。 转子也是由叠片铁心构成，沿圆周也有许多小齿，转子上没 有

2、绕组。反应式步进电机的工作原理是利用凸极转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的反应力 矩而转动。实际应用中对步进电机的要求 ：1、步进电机在电脉冲的控制下能迅速起动、正反转、停转及在很宽的范围内进行转速 调节；2、加工精度高，即要求一个脉冲对应的位移量小，并要准确、均匀。这就要求步进电 机步距小，步距精度高，不得丢步或是过冲；3、动作快速。即不仅起动、停步、反转快，并能连续高速运转以提高劳动生产率；4、输出转矩大，可直接带动负载。步进电机的基本特点 ：1、步进电动机工作时每相绕组不是恒定地通电，而是按一定的规律轮流通电。2、每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角。3、步进电机可以按特定指令进

3、行角度控制，也可以进行速度控制。角度控制时，每输 入一个脉冲，定子绕组就换接一次，输出轴就转过一个角度，其步数与脉冲数一致 ，输出轴转动的角位移量与输入脉冲成正比。速度控制时，步进电机绕组中送入的 是连续脉冲，各相绕组不断地轮流通电，步进电机连续动转，它的转速与脉冲频率 成正比。改变通电顺序，即改变定子磁场旋转方向，就可以控制电机正转或是反转。4、步进电机具有自锁能力。当控制脉冲停止输入，而让最后一个脉冲控制的绕组继续 通直流电时，则电机可以保持在固定的位置上，即停在最后一个脉冲控制的角位移 的终点位置上，这样，步进电机可以实现停车时转子定位。步进电机问题解答 ：1、步进电动机为什么会振荡？(

4、1) 、振荡是步进电机在工作时存在的一般现象，但严重的振荡会引起失步。振荡的原 因有多种，其中主要的原因有步进电机处于低频单步运行；步进电机的换相频率 和转子的特征频率、倍特征频率、分数特征频率相等；步进电机突然停车等情况。(2) 、当步进电机进行单步旋转时，其工作频率必定处于低频区。在开始工作时，转子 在磁场力矩的作用下加速转动，当转子转到新的平衡点时其速度仍然相当高，从 而冲过了平衡稳定点产生过冲。车子一方面向前过冲，当转子速度减到为零时， 由于磁场拉力矩的作用则反向冲向平衡点，又形成反向过冲。由于机械磨擦力矩 及电磁力矩的作用。形成一个衰减振动过程。最后，转子则稳定停在平衡点。2、步进电

5、动机为什么会失步？(1) 、转子的加速度慢于步进电机的旋转磁场，也即是低于换相速度而产生的。这是因 为输入电机的电能不足，在步进电机中产生的同步力矩无法令转子速度跟随定子 磁场的旋转速度，从而引起失步。并且凡是比这时频率高的工作频率都必将失步 。这种失步说明了步进电机的拖动能力不够。一旦减少负载，或者提高绕组的激 磁电流，则有可能克服失步。(2) 、转子的平均速度高于定子磁场的平均旋转速度。这时定子通电激磁的时间较长， 大于转子步进一步所需的时间，则转子在步进过程中获得了过多的能量，从而产 生前冲和后冲的摆动振荡。当振荡足够严重时就导致失步。3 、为什么频率增高以后步进电机的负载能力要下降？(

6、1) 、定子绕组电感的影响：因为步进电机的每相绕组是一个电感线圈，它具有一定的 电感，而电感有延缓电流变化的特性。通俗地讲，当低频时每相绕组通电时间和 断电的时间比较长，大于线圈的时间常数，线圈来得及获得较高电流。而高频率 时每相绕组通电时间和断电时间都很短，远小于线圈的时间常数，线圈获得的电 流就很小。而转矩近似地与电流的平方成正比，这样频率越高，绕组中的平均电 流越小，电机的平均转矩大大下降，负载能力也就大大下降了。(2) 、当频率增加，步进电机铁心中的涡流损耗也将很快增加，这也是使输出功率和输 出转矩下降的一个因素。(3) 、所以当输入脉冲频率增高后，步进电机的负载能力逐渐下降，到某一频率以后， 步进电机已带不动任何负载。4 、步进电机的起动频率为什么不能过高？这是因为步进电机刚起动时转速为零，在起动过程中，电磁转矩除了克服负载阻转 矩外，还在克服转动部分的惯性掩蔽，所以起动时电机的负担比连续运转为重。如 果起动时脉冲频率过高，则转子的速度就跟不上定子磁场旋转的速度，以致第一步 完了的位置落后于平衡位置较远，以后各步中转子速度增加不多，而定子磁场仍然 以