步进电机教学课件学习课件

§7.4步进电动机

一、概述二、反应式步进电动机的工作原理和分类三、反应式步进电动机的结构原理四、反应式步进电动机的运行特性五、步进电动机的电源

.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础§7.4步进电动机.2008、1一、概述步进电机是一种特殊电机，它是将输入的电脉冲转换成转子转过的角度，给一个脉冲转过一个角度，精度非常高。步进电机需要一个特殊电源，能够产生脉冲并分配脉冲。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础一、概述步进电机是一种特殊电机，它是将输入的电脉冲转2种类：有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。应用：

步进电机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动绘图仪等设备中都得到应用。

下面以三相反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础种类：应用：下面以三相反应式步进电机为例说明步进电机的结构3二、反应式步进电动机的工作原理和分类

步进电机主要由两部分构成：定子和转子，它们均由导磁材料构成。例下图分别有六个、四个齿(极)。定子转子定子绕组三相反应式：.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础二、反应式步进电动机的工作原理和分类步进电机主要由两部分构4

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。ABC定子转子IAIBIC.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。5

工作方式

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。1、三相单三拍（1）三相绕组联接方式：Y型（2）三相绕组中的通电顺序为：A相

B相

C相通电顺序也可以为：

A相C相B相

.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础工作方式步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相6（3）工作过程化，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'A3412.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础（3）工作过程化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁7CA'BB'C'A3412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。1C'342CA'BB'A.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础CA'BB'C'A3412同理，B相通电，转子2、4齿和B相8转子有四个齿，每个齿3600/4=900定子有三相，即m=3转过的角度为300后可知S=3600/Zrm寻找规律：.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础转子有四个齿，每个齿3600/4=900定子有三相，即m=9

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。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循102、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：

AABBBCCCAA

共六拍。工作过程：A相通电，转子1、3齿和A相对齐。CA'BB'C'A3412.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础2、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：工作过程：A相通电，11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'A3412.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础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12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'A3412B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角133、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'A3412BC通电CA'BB'C'A3412.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础3、三相双三拍三相绕组的通电顺序为：AB通电CA'BB'C'14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'A3412.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，15

三、反应式步进电动机的结构原理实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5度，步距角越小，机加工的精度越高。为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子40个齿，定子仍是6个磁极，但每个磁极上也有五个齿。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础三、反应式步进电动机的结构原理实际采用的步进电机的步距角16转子的齿距等于360/40=9，齿宽、齿槽各4.5。

为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，齿宽和齿槽和转子相同。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础转子的齿距等于360/40=9，齿宽、齿槽各4.517工作原理：假设是单三拍通电工作方式。（1）A相通电时，定子A相的五个小齿和转子对齐。此时，B相和A相空间差120，含120/9=齿

A相和C相差240，含240/9=个齿。所以，A相的转子、定子的五个小齿对齐时，B相、C相不能对齐，B相的转子、定子相差1/3个齿（3），C相的转子、定子相差2/3个齿（6）。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础工作原理：假设是单三拍通电工作方式。（1）A相通电时，定子18若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，转子只转1.5。此电机的转动方向仍由相序决定。同理，C相通电再转3……（2）A相断电、B相通电后，转子只需转过1/3个齿（3），使B相转子、定子对齐。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，此电机的转动方向仍19f：电脉冲的频率

转速

步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为步距角。m:一个周期的运行拍数Zr：转子齿数如：Zr=40,m=3时步距角.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础f：电脉冲的频率转速步进机通过一个电脉冲,转子转过的角20

四、反应式步进电动机的运行特性步进电动机不改变通电情况的运行状态称为静态运行。电机定子齿与转子齿中心线之间的夹角

叫做失调角，用电角度表示。步进电动机静态运行时转子受到的反应转矩

叫做静转矩，通常以使

增加的方向为正。步进电机的静转矩

与失调角之间的关系

叫做矩角特性。静态运行状态.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础四、反应式步进电动机的运行特性步进电动机不改变通21步进电动机的转矩和转角.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础步进电动机的转矩和转角.2008、11、15河海大学常州校22步进电动机的主要参数:1、步距角2、转速3、功角特性和转矩特性4、起动频率和工作频率.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础步进电动机的主要参数:1、步距角2、转速3、功角特性和转矩23.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础24五、步进电动机的控制及电源步进电动机的控制绕组中需要一系列的有一定规律的电脉冲信号，从而使电机按照生产要求运行。这个产生一系列有一定规律的电脉冲信号的电源称为驱动电源。步进电动机的驱动电源主要包括变频信号源、脉冲分配器和脉冲放大器三个部分，其方框图如图所示。1、传统型控制.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础五、步进电动机的控制及电源步进电动机的控制绕组中需要一系列的252、现代型控制1）单片机直接控制2）单片机控制专用芯片.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础2、现代型控制1）单片机直接控制2）单片机控制专用芯片.2026不可编程芯片L298控制.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础不可编程芯片L298控制.2008、11、15河海大学常州校27可编程芯片MMC-1控制.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础可编程芯片MMC-1控制.2008、11、15河海大学常州校28

§7.4步进电动机

一、概述二、反应式步进电动机的工作原理和分类三、反应式步进电动机的结构原理四、反应式步进电动机的运行特性五、步进电动机的电源

.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础§7.4步进电动机.2008、29一、概述步进电机是一种特殊电机，它是将输入的电脉冲转换成转子转过的角度，给一个脉冲转过一个角度，精度非常高。步进电机需要一个特殊电源，能够产生脉冲并分配脉冲。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础一、概述步进电机是一种特殊电机，它是将输入的电脉冲转30种类：有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。应用：

步进电机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动绘图仪等设备中都得到应用。

下面以三相反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础种类：应用：下面以三相反应式步进电机为例说明步进电机的结构31二、反应式步进电动机的工作原理和分类

步进电机主要由两部分构成：定子和转子，它们均由导磁材料构成。例下图分别有六个、四个齿(极)。定子转子定子绕组三相反应式：.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础二、反应式步进电动机的工作原理和分类步进电机主要由两部分构32

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。ABC定子转子IAIBIC.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。33

工作方式

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。1、三相单三拍（1）三相绕组联接方式：Y型（2）三相绕组中的通电顺序为：A相

B相

C相通电顺序也可以为：

A相C相B相

.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础工作方式步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相34（3）工作过程化，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'A3412.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础（3）工作过程化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁35CA'BB'C'A3412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。1C'342CA'BB'A.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础CA'BB'C'A3412同理，B相通电，转子2、4齿和B相36转子有四个齿，每个齿3600/4=900定子有三相，即m=3转过的角度为300后可知S=3600/Zrm寻找规律：.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础转子有四个齿，每个齿3600/4=900定子有三相，即m=37

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。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循382、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：

AABBBCCCAA

共六拍。工作过程：A相通电，转子1、3齿和A相对齐。CA'BB'C'A3412.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础2、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：工作过程：A相通电，39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'A3412.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础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40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'A3412B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角413、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'A3412BC通电CA'BB'C'A3412.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础3、三相双三拍三相绕组的通电顺序为：AB通电CA'BB'C'42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'A3412.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，43

三、反应式步进电动机的结构原理实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5度，步距角越小，机加工的精度越高。为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子40个齿，定子仍是6个磁极，但每个磁极上也有五个齿。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础三、反应式步进电动机的结构原理实际采用的步进电机的步距角44转子的齿距等于360/40=9，齿宽、齿槽各4.5。

为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，齿宽和齿槽和转子相同。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础转子的齿距等于360/40=9，齿宽、齿槽各4.545工作原理：假设是单三拍通电工作方式。（1）A相通电时，定子A相的五个小齿和转子对齐。此时，B相和A相空间差120，含120/9=齿

A相和C相差240，含240/9=个齿。所以，A相的转子、定子的五个小齿对齐时，B相、C相不能对齐，B相的转子、定子相差1/3个齿（3），C相的转子、定子相差2/3个齿（6）。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础工作原理：假设是单三拍通电工作方式。（1）A相通电时，定子46若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，转子只转1.5。此电机的转动方向仍由相序决定。同理，C相通电再转3……（2）A相断电、B相通电后，转子只需转过1/3个齿（3），使B相转子、定子对齐。.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，此电机的转动方向仍47f：电脉冲的频率

转速

步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为步距角。m:一个周期的运行拍数Zr：转子齿数如：Zr=40,m=3时步距角.2008、11、15河海大学常州校区电机与电力拖动基础f：电脉冲的频率转速步进机通过一个电脉冲,转子转过的角48

四、反应