步进电动机的主要特性

步进电机的工作原理
优选步进电机的工作原理
步进电动机的工作原理与特点
原理：步进电机是利用电磁铁原理,将脉冲信号
转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。
特点：(1)来一个脉冲，转一个步距角。
(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，改变转动方向。 (4)角位移量或线位移量与电脉冲数成正比.
系称为矩频特性
特点：
步进电动机矩频特性
下降曲线。以最 大负载转矩（启 动转矩）Tq为起 点，随着控制脉 冲频率增加，步 进电动机的转速 逐步升高、而带 负载能力却下降
A
B'
C'
C
B
A'
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；
A
B'
C'
C
B
A'
C相通电再转30
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。
步进电机的种类：
通常按励磁方式分为三大类： 1）反应式：转子无绕组，定转子开小齿、步距小。应 用最广。 2）永磁式：转子的极数=每相定子极数，不开小齿， 步距角较大，力矩较大。 3）感应子式(混合式)： 开小齿，混合反应式与永磁 式优点：转矩大、动态性能好、步距角小。
以反应式为例说明步进电机的结构和原理
（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。
二、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。

步进电动机的工作原理及特点随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，它广泛用于打印机、电动玩具等消费类产品以及数控机床、工业机器人、医疗器械等机电产品中，其在各个国民经济领域都有应用。

研究步进电机的控制系统，对提高控制精度和响应速度、节约能源等都具有重要意义。

1 步进电机概述步进电动机又称脉冲电动机或阶跃电动机，国外一般称为Steppingmotor、Pulse motor或Stepper servo，其应用发展已有约80年的历史。

步进电机是一种把电脉冲信号变成直线位移或角位移的控制电机，其位移速度与脉冲频率成正比，位移量与脉冲数成正比。

步进电机在结构上也是由定子和转子组成，可以对旋转角度和转动速度进行高精度控制。

当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场，该矢量场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁极磁场方向与定子的磁场方向一着该磁场旋转一个角度。

因此，控制电机转子旋转实际上就是以一定的规律控制定子绕组的电流来产生旋转的磁场。

每来一个脉冲电压，转子就旋转一个步距角，称为一步。

根据电压脉冲的分配方式，步进电机各相绕组的电流轮流切换，在供给连续脉冲时，就能一步一步地连续转动，从而使电机旋转。

步进电机每转一周的步数相同，在不丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累。

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，同时步进电机只有周期性的误差而无累积误差，精度高，步进电动机可以在宽广的频率围通过改变脉冲频率来实现调速、快速起停、正反转控制等，这是步进电动机最突出的优点[1]。

正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。

由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以特别适合于微机控制。

2国外的研究概况步进电机是国外发明的。

中国在文化大革命中已经生产和应用，例如、、、、都生产，而且都在各行业使用，驱动电路所有半导体器件都是完全国产化的，当时是全分立元器件构成的逻辑运算电路，还有电容耦合输入的计数器，触发器，环形分配器。

T=-Csinθ
式中C为常数，与控制绕组、控制电流、磁阻等有关。步进电机某 相绕组通电时矩角特性如图所示。
矩角特性上静转矩的最大值Tsm称为最大静转矩。
7
2、多相通电时 a) 三相步进电动机 A→AB→B→BC→C→CA→A顺序通电
TA=Tmaxsinθse TB=Tmaxsin(θse-120°)
TAB= TA+ TB= 2Tmaxcos60°=Tmax
8
b)五相步进电动机 1、供电方式； （C=1）：五相单五拍 A→B→C→D→E→A
五相双五拍 AB→BC→CD→DE→EA→AB 五相三五拍 ABC→BCD→CDE→DEA→EAB→ABC (C=2): 五相单双十拍 A→AB→B→BC→C→CD→D→DE→E→EA→A 五相三双十拍 AB→ABC→BC→BCD→CD→CDE→DE→DEA→EA→EAB→AB
二、步进运行状态（单脉冲运行状态） 当接入控制绕组的脉冲频率较低，电机转子完成一步之后，下 一个脉冲才到来，电机呈现出一转一停的状态，故称之为步进 运行状态。 1、步进运行状态过程负载 TL=0（即空载）
12
A相通电时，-π<θ<π为静稳定区，当A相绕组断电转到B相绕组通电 时，新的稳定平衡点为b，对应于它的静稳定区为-π+θb<θ<π+θb （图中θb=2/3π）,在换接的瞬间，转子的位置只要停留在此区域内， 就能趋向新的稳定平衡点b，所以区域（-π+θb，π+θb）称为动稳定 区，显而易见，相数增加或极数增加，步距角愈小，动稳定区愈接 近静稳定区,即静、动稳定区重叠愈多，步进电机的稳定性愈好。
A相通电时，有
Ua
ra ia
d(Laia ) dt

1.步距误差
是指空载时实测的步距角与理论的步距角之差。

它反映了步进电动机角位移的精度。

国产步进电动机的步距误差一般在±10′～±30′范围内，精度较高的步进电动机可达±2′～±5′。

2.最大静转矩
是指步进电动机在某相始终通电而处于静止不动状态时，所能承受的最大外加转矩，亦即所能输出的最大电磁转矩。

它反映了步进电动机的制动能力和低速步进运行时的负载能力。

3.启动矩频特性
是指步进电动机在有外加负载转矩时，不失步地正常启动所能接受的最大阶跃输入脉冲频率（又称启动频率）与负载转矩的对应关系。

4.启动惯频特性
是指步进电动机带动纯惯性负载启动时，启动频率与转动惯量之间的关系。

5.运行矩频特性
是指步进电动机运行时，输出转矩与输入脉冲频率的关系。

选用步进电动机时，应使实际应用的运行频率与负载转矩所对应的运行工作点位于运行矩频特性之下，才能保证步进电动机不失步地正常运行。

6.步进运行和低频振荡
当输入脉冲频率很低时，脉冲周期如大于步进电动机的过渡过程时间，步进电动机就会处于一步一停的运行状态，这种运行状态称为步进运行。

步进电动机都有一较低的固有频率，当步进运行频率或低速运行频率与该固有频率相等或接近时，就会产生共振，使步进电动机振荡不前，这种现象称为低频振荡。

避免低频振荡的现象发生采用的方法：
一种是使运行频率避开固有频率，二是前一方法不允许时，可通过调节步进电动机上的阻尼器来改变固有频率。

7.最大相电压和最大相电流
分别是指步进电动机每相绕组所允许施加的最大电源电压和流过的最大电流。

3:单步运行特性
单步运行：加一个控制脉冲改变一次通电状态，这个工作状态 称为单步运行。
运行区域：包括静稳定区和动稳定区（见P102 图3.18） 单步运行特性：转子空间转角随时间做减幅振荡衰减运动（见 P103 图3.19）
4：连续脉冲运行特性
（1）极低频条件下运行 T>tb 控制脉冲周期T大于转子单步运行振荡衰减时间tb，当第二个 脉冲到来之前，第一个脉冲使得转子运行已经结束。电机处 于欠阻尼状态，产生振荡，不会失步和越步。见图3.20
（3）脉冲频率f>4f0条件下运行
转子的运行特点：在第一个脉冲作用下，转子产生的振荡还 没达到最大振幅，第二个脉冲已经到来，改变通电状态。见 图3.22。电机往往会超出稳定区而失步。
5：脉冲信号的频率对电机运行的影响
当脉冲信号频率很低时，控制脉冲以 矩形波输入，电流波形比较接近于理 想的矩形波； 随着脉冲信号频率增高，由于电动机 绕组中的电感有阻止电流变化的作用， 因此电流波形发生畸变，频率越高， 畸变越严重。如图所示， 如果脉冲频率过高，电流还来不及 上升到稳定值I 就开始下降，于是， 电流的幅值降低(由I下降到I’)，因而 产生的转矩减小，致使带负载的能力 下降。故频率过高会使步进电动机启 动不了或运行时失步而停下。因此， 对脉冲信号频率是有限制的。
2：使用步进电动机时应注意的几个问题 （1）驱动电源的优劣对步进电动机控制系统的运行影响极大， 使用时要特别注意，需根据运行要求，尽量采用先进的驱动电 源，以满足步进电动机的运行性能。 （2）若所带负载转动惯量较大，则应在低频下启动，然后再 上升到工作频率，停车时也应从工作频率下降到适当频率再停 车。 （3）在工作过程中，应尽量避免由于负载突变而引起误差。 （4）若在工作中发生失步现象，首先，应检查负载是否过大， 电源电压是否正常，再检查驱动电源输出波形是否正常，在处 理问题时不应随意变换组件。

步进电动机的基本特性使用步进电动机时，电动机的特性是否符合使用条件，是相当重要的一点。

在此说明步进电动机使用时的重要特性。

步进电动机的特性可大略分为两项。

●动特性：这是与步进电动机起动或旋转时有关的特性，主要会影响机器的工作、周期时间等。

●静特性：这是与步进电动机停止时角度变化有关的特性，主要会影响机器的精度。

动特性●转速―转矩特性这是表示驱动步进电动机时的转速和转矩的关系，如特性图所示。

是选用步进电动机时所必须考虑的特性。

横轴代表电动机输出轴的转速，而纵轴则代表转矩。

转速―转矩特性取决于电动机及驱动器，因使用的驱动器种类不同会有较大差异。

①最大励磁转矩（TH ：Holding Torque）是指步进电动机在通电状态（额定电流）下停止时，本身保有的最大保持转矩（保持力）。

②最大同步转矩（Pullout Torque）各转速所能产生的最大转矩。

选用电动机时，必要转矩必须在本曲线的内侧。

③最大自起动频率（fS）步进电动机的摩擦负载、惯性负载为0时，瞬间（无加减速时间）能起动、停止的最大脉冲频率。

当在超过此脉冲频率的情况下驱动电动机时，应逐渐进行加减速。

随电动机承载的惯性负载增加，此频率亦逐渐降低。

（参考惯性负载―自起动频率特性）最大响应频率（fr）步进电动机的摩擦负载、惯性负载为0时，进行缓慢的加减速时可运行的最大脉冲频率。

下图为代表5相步进电动机组合产品的转速―转矩特性。

●惯性负载―自起动频率特性表示因自起动频率的惯性负载而产生变化的特性。

步进电动机的转子本身或负载，因有转动惯量存在，因此于瞬时起动或停止时，电动机轴会产生延迟或超过的现象。

此数值会随脉冲频率而变化，但是若超过某一数值时电动机将无法跟踪脉冲频率，而产生失步（miss-step）现象。

将即将失步前的脉冲频率称为自起动频率。

相对于惯性负载的最大自起动频率的变化可以根据下列公式算出近似值。

●振动特性步进电动机以连续的步距状态边移动边重复旋转。

步进电动机简介一、步进电动机概述1.1步进电机特点步进电动机（stepping motor）也称脉冲电动机、脉动电动机、分级电动机；更老一些叫法也叫阶动电动机。

这种电动机以规定的次序对定子线圈励磁，每次只转动一定的角度。

这种电动机主要特点如下：（1）控制电路步进电动机的驱动控制电路是将脉冲分配到各相线圈中去的逻辑分配电路，或者是对线圈提供励磁的驱动开关电路。

这种电路同其他伺服控制电路相比较是很简单。

（2）对数控机器的适应性步进电动机很容易同应用微机的设备组合起来，优点是对旋转角度、速度、正反转；启动停止等动作的控制准确、迅速。

（3）定位控制直流电动机等伺服电动机进行定位控制时，使转子保持在某一角度，一定要不间断通电，以达到制动作用。

而步进电机只要维持励磁就能得到保持转矩。

永磁型、混合型步进电动机即使切断励磁也能得到定位转矩；因此，用步进电动机实现准确的定位控制既简单、成本又低。

（4）步距角误差步进电动机的角度误差通常是基本步距角的5%左右，因此输入脉冲没有积累误差，所以定位精度很高。

（5）低转速、高转矩步进电动机与其他类似电动机比较，是属于低速、高转矩电动机。

其他伺服电动机的工作转速在1000rpm以上，而以每秒1000个脉冲的速度来驱动1.8°的步进电动机时转速只有300rpm，以它是属于低转速、高转矩的电动机。

（6）速度可变控制步进电机的旋转角度同输入脉冲成正比，旋转速度同输入的脉冲（频率）成正比，只要简单的改变脉冲速率，就能达到大幅度控制速度变化的目的。

（7）可靠性高步进电机除了轴承以外没有电刷、换向器等磨损部分，无须特殊的维修保养是可靠性高寿命长的电动机。

（8）稳定性差步进电动机的驱动转矩随着转子旋转的位置而变化，而每次励磁都会引起转矩的波动，所以速率的波动比较大。

另外电动机的转矩和惯量决定着电动机固有的频率和驱动脉冲速率，同步进电动机安装的固有的振动之间引起共振，而产生共振噪音，这是一大缺点。

反应式步进电动机的特点反应式步进电动机是一种在电动机控制领域广泛应用的一种电机类型。

它具有独特的特点，使其在许多工业应用中成为首选。

本文将介绍反应式步进电动机的特点以及其在工业中的优势。

1. 高精度定位能力反应式步进电动机具有高精度的定位能力，可以实现精准的位置控制。

其定位精度通常可以达到微米级别，适用于许多需要高精度位置控制的应用场景，如半导体制造设备、医疗设备等。

2. 高速稳定性相较于其他类型的电动机，反应式步进电动机具有较高的速度稳定性。

在工作过程中，可以实现快速启停，同时保持稳定的运行速度。

这使得其在需要频繁启停、高速度运行的场合下表现出色。

3. 低功耗高效率反应式步进电动机的功耗较低，能够在高效率下运行。

这不仅可以降低能源消耗，也有利于减少发热问题，延长电机的使用寿命。

在一些注重节能环保的应用中，反应式步进电动机有着明显的优势。

4. 自启动能力反应式步进电动机具有自启动能力，无需外部传感器或编码器的支持便可实现自主启动。

这简化了电机控制系统的结构，减少了系统的复杂性，降低了成本。

5. 维护成本低相比于传统的直流电动机等，反应式步进电动机在使用过程中维护成本较低。

由于其结构简单、零部件少、无刷无触点，因此不易损坏，维修和更换成本相对较低。

6. 多种控制方式反应式步进电动机支持多种控制方式，如开环控制和闭环控制等。

根据具体应用需求，可以选择合适的控制方式，实现更加灵活和智能的控制策略。

综上所述，反应式步进电动机以其高精度定位能力、高速稳定性、低功耗高效率、自启动能力、维护成本低和多种控制方式等特点，在工业自动化、医疗器械、精密加工等领域有着广泛的应用前景。

随着科技的不断发展和进步，相信反应式步进电动机将在更多领域展现出其独特的魅力。

第三节步进电动机及其驱动一、步进电机的特点与种类1.步进电机的特点步进电机又称脉冲电机。

它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。

每当输入一个电脉冲时，转子就转过一个相应的步距角。

转子角位移的大小及转速分别与输入的电脉冲数及频率成正比,并在时间上与输入脉冲同步。

只要控制输入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转向。

步进电动机具有以下特点：✍工作状态不易受各种干扰因素(如电压波动、电流大小与波形变化、温度等）的影响;✍步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零” ;✍由于可以直接用数字信号控制，与微机接口比较容易;✍控制性能好,在起动、停止、反转时不易“丢步”；✍不需要传感器进行反馈,可以进行开环控制;✍缺点是能量效率较低。

就常用的旋转式步进电动机的转子结构来说，可将其分为以下三种：（1）可变磁阻(VR-Variable Reluctance）,也叫反应式步进电动机（2）永磁（PM—Permanent Magnet）型（3）混合(HB—Hybrid）型（1）可变磁阻（VR—Variable Reluctance）结构原理：该类电动机由定子绕组产生的反应电磁力吸引用软磁钢制成的齿形转子作步进驱动，故又称作反应式步进电动机.其结构原理如图3.5定子1上嵌有线圈，转子2朝定子与转子之间磁阻最小方向转动，并由此而得名可变磁阻型。

图3。

6 可变式阻步进电机可变磁阻步进电机的特点：❖反应式电动机的定子与转子均不含永久磁铁，故无励磁时没有保持力；❖需要将气隙作得尽可能小,例如几个微米；❖结构简单，运行频率高，可产生中等转矩,步距角小（0。

09~9°）❖制造材料费用低；❖有些数控机床及工业机器人上使用。

（3)混合（HB—Hybrid）型结构原理这类电机是PM式和VR式的复合形式。

其定子与VR类似，表面制有小齿，转子由永磁铁和铁心构成，同样切有小齿，为了减小步距角可以在结构上增加转子和定子的齿数。

普通高等教育“十一五”国家级规划教 第十二页，共52页。
4.步进电机
每秒钟输入f 脉冲(màichōng)，则转过 f/ZrN 转，故电机转速为：
n 60 f rpm ZrN
4. 小步(xiǎo bù)距角磁阻式步 进电机 转子上有t 均3匀460分0布9的40个齿.
s3 ZrN 6 043 03 61 03
4.步进电机
2. 三相双三拍运行方式 按AB-BC-CA-AB或相反的顺序通电，每次同
时(tóngshí)给两相绕组通电，且三次换接为一个循 环。步距角与三相单三拍运行方式的步距角相同。
AB相导通
BC相导通
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第十页，共52页。
4.步进电机
3. 三相单、双六拍运行方式 按A-AB-B-BC-C-CA或相反(xiāngfǎn)顺序通电，即需 要六拍才完成一个循环，s因此6t 步9距60角为15：
低频共振现象
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第二十八页，共52页。
4.步进电机
➢脉冲频率很高时的连续运行 ➢ 当控制脉冲的频率很高时，脉 冲间隔的时间很短，电机转子尚未到 达第一次振荡的幅值，甚至还没有到 达新的稳定平衡位置，下一个脉冲就 到来。此时电机的运行已由步进变成 了连续平滑的转动(zhuàn dòng)， 转速也比较稳定。 ➢ 当频率太高时，也会产生失步， 甚至还会产生高频振荡。
➢ 一、反应式步进电动机的结构(jiégòu) ➢ 单段式
➢ 多段式
➢ a)径向磁路 ➢ b)轴向磁路
普通高等教育“十一五”国家级规划教 第四页，共52页。
4.步进电机
径向磁路(cílù) 1—线圈；2—定子；3—转子
轴向磁路(cílù) 1—线圈；2—定子；3—磁轭

步进电机特点（1）步进电机没有积累误差：一般步进电机的精度为实际步距角的百分之三到五，且不累积。

（2）步进电机在工作时，脉冲信号按肯定挨次轮番加到各相绕组上（由驱动器内的环形安排器掌握绕组通断电的方式）。

（3）即使是同一台步进电机，在使用不同驱动方案时，其矩频特性也相差很大。

（4）步进电机与其它电动机不同，其标称额定电压和额定电流只是参考值；又由于步进电机是以脉冲方式供电，电源电压是其最高电压，而不是平均电压，所以，步进电机可以超出其额定值范围工作。

但选择时不应偏离额定值太远。

（5）步进电机外表允许的最高温度：步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。

（6）步进电机的力矩会随转速的上升而下降：当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。

在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。

（7）步进电机低速时可以正常运转，但若高于肯定频率就无法启动，并伴有啸叫声。

步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载状况下能够正常启动的脉冲频率，假如脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。

在有负载的状况下，启动频率应更低。

假如要使电机达到高速转动，脉冲频率应当有加速过程，即启动频率较低，然后按肯定加速度升到所盼望的高频（电机转速从低速升到高速）。

（8）四相混合式步进电机一般由两相驱动器来驱动，因此，连接时可以采纳串联接法或并联接法将四相电机接成两相使用。

串联接法一般在电机转速较低的场合使用，此时需要的驱动器输出电流为电机相电流的0.7倍，因而电机发热小；并联接法一般在电机转速较高的场合使用（又称高速接法），所需要的驱动器输出电流为电机相电流的1.4倍，因而电机发热较大。

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（2）多段式：又称为轴向分相式。按其磁路特点又可分为轴 向磁路多段式和径向磁路多段式两种。 ①轴向磁路多段式：定转子均沿 电机轴向按相数分段，每一组 定子铁芯中放置一相环形的控 制绕组。定转子圆周上冲有齿 形相近和齿数相同的均布小齿。 定子（或转子）铁芯每两相邻 段错开1/m齿距。优点是使定 子空间利用率好，环形控制绕 组绕制方便，转子的惯量较低， 步距角可以做得较小，起动和 运行频率较高。但是铁芯分段 和错位工艺较复杂，精度不易 保证。
（1）单脉冲运行 ① 定义 步进电动机的单脉冲运行是指电动机仅仅 改变一次通电状态时的运行方式。
27
② 动稳定区 步进电动机从一种通电状态切换到另一种通 电状态时，不致引起失步的区域。无负载时 为图中的ab区域。切换时失调角为：
( se ) ( se )
r
28
③ 裕量角：动稳定区边界a点到初始位置平衡 点O0的区域称为裕量角。
反转则为：AC-CB-BA-AC
9
3. 步距角：步进电动机每一拍转子所转过的角度。它的大小 是由转子的齿数、控制绕组的相数和通电方式所决定的。
360 其中：m为相数，Zr为齿数，C为通电方式系数。 s mZ r C
若为单拍或双拍方式，则为1，若为单、双方式，则为2。 4. 电机转速
60 f 其中：f 为脉冲频率。 mZ r C 5. 定子的相数：若需要更小的步距角，则可以用增大相数的 方法来实现，但是太多的相数会使电机转速减慢，同时也 使得电源更为复杂，造价也越高。一般步进电机的相数最 多到六相，只有极个别的特殊电机才作成更多相的。 n
驱动电源的基本部分包括变频信号源、脉冲分配 器和脉冲功率放大器三个部分。
37
分类：
（1）按步进电动机容量大小：功率步进电动机驱动 电源和伺服步进电动机驱动电源。

按AB C A ……的顺序给三相绕组 轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转
过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)磁场在
空间旋转了360°而转子转过90°(一个齿距角)。
单三拍工作方式特点
三相绕组中每次只有一相通电、一个循环 周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。 （1）一个电脉冲，转子转过 30
到左图所示位置：1、3齿与A、
A′极对齐。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
同理，B相通电时，转子会转过30角，2、4
齿和B、B´ 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子 再转过30角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。
这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为 一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲， 所以称为三相单三拍工作方式。
• 步距角却因拍数增加1倍而减小到齿距
角的1/6， 即S= 15°。
各种工作方式特点归纳
（1）拍数为N，相数为m 时
若单拍运行，则拍数N=m； 若单双拍运行，则N=2m。 （2）经过一个通电循环，转子转过1个齿。
电机转速（）：
n 60 f Zr N
从以上对步进电机三种驱动方式的分析可 得步距角计算公式：
θ = ±π 这个位置是不稳定的，两个不稳定点之间的区域构 成静态稳定区。
电磁转矩的最大值称为最大静态转矩Tmax，它表示了步进电动 机承受负载的能力，是步进电动机最主要的性能指标之一。
1) 矩角特性 • 静止时若有外部转矩作用于转轴上，迫使转
子离开初始平衡位置而偏转，转子偏离初始 平衡位置的电角度称为失调角θ • 转子会产生反应转矩，也称静态转矩

5、启动惯频特性 启动惯频特性
在负载转矩ML=0的条件下，步进电动机由静止状态突然启动，
不丢步地进入正常运行状态所允许的最高启动频率，称为启动 频率或突跳频率，超过此值就不能正常启动。启动频率与机械 系统的转动惯量有关，包括步进电动机转子的转动惯量，加上 其它运动部件折算至步进电动机轴上的转动惯量。下图表示启 动频率与负载转动惯量之间的关系。随着负载惯量的增加，起 动频率下降。若同时存在负载转矩ML；则起动频率将进一步降 低。在实际应用中，由于ML的存在，可采用的启动频率要比惯 频特性还要低。
Nm 绕组并联
绕组串联 0 f
步进电机矩频特性
• • • •
6 4
• •
• •
A B
4、步Байду номын сангаас电机的空载起动频率:
让步进电机空载,在步进电机轴伸处作一标记, 由世纪星设置步进电机整数转的位移(例如1...转 ×脉冲数/转)和速度,且加减速时间常数也设置为 零.步进电机处于锁定状态下,执行上述命令,步进 电机突然起动并突然停止,从轴伸标记判断步进电 机是否失步.若起动成功,则提高速度参数再测试, 直至某一临界速度,并由此速度换算为步数/秒,即 为电机的空载起动频率.
1） 步进电机为什么会发热
对于各种步进电机而言， 对于各种步进电机而言，内部都是由铁芯和绕组线圈组 成的。 成的。 绕组有电阻，通电会产生损耗， 绕组有电阻，通电会产生损耗，损耗大小与电阻和电流 的平方成正比，这就是我们常说的铜损， 的平方成正比，这就是我们常说的铜损， 铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗， 铁心有磁滞涡流效应，在交变磁场中也会产生损耗，其 大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。 大小与材料，电流，频率，电压有关，这叫铁损。 铜损和铁损都会以发热的形式表现出来， 铜损和铁损都会以发热的形式表现出来，从而影响电机 的效率。 的效率。 步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低， 步进电机一般追求定位精度和力矩输出，效率比较低， 电流一般比较大，且谐波成分高， 电流一般比较大，且谐波成分高，电流交变的频率也随转速 而变化，因而步进电机普遍存在发热情况， 而变化，因而步进电机普遍存在发热情况，且情况比一般交 流电机严重。 流电机严重。

Tf
L R'
频率越高，绕组中的平均电 流越小，电机所产生的平均 转矩大大下降，负载能力也 就大大下降了。
附加旋转电势的影响
电机铁心中的涡流损耗
二、静稳定区和动稳定区
通电时，转子每旋转一步最后停留的位置必须在动稳定区 内，即：静、动稳定区必须有所重叠，且从稳定性的角度来看，
重叠区间越大越好，这样，下一步就可继续沿着原来的旋转方
定子
转子
转子 θe
e

2
T正最大
静态转矩
定子
e

2
T负最大
定子
T
T
转子 θe θe
转子
矩角特性
步进电机产生的静态转矩T随失调角θe的变化规律
近似
T f e T j max sin e
Tjmax 稳定平衡点 /2
/2 静稳定区
θ
e
步进电动机的工作过程就是实现失调角为零的过程。
11.5 步进电动机的连续脉冲运行和动特性
连续转动状态 随着脉冲频率 f 的增高，电机转子还未稳定下来时，下一个 脉冲已经到来。 工业应用对步进电机的要求 不丢步/不越步 转子运动平稳 快速性
一、运行矩频特性 步进电机连续转动时的最大输出转矩T与驱动电源脉冲频率f间的关系
定子绕组电感的影响
L Tr R
11.4 步进电动机的单步运行状态
单步运行状态
仅改变一次通电状态或输入脉冲频率非常低
空载
加载
a
Tq
极限负载 or 极限启动转矩 电机以一定通电方式运行时，相邻矩角特性的交点所对应的转矩
3 Tq T j max 2
A
AB
B