步进电机基础知识

步进电机基本知识(2009-01-08 13:51:30)1、步进电机：是一种将电脉冲转化为角位移或线位移的执行机构。

其特点是没有积累误差（精度为100%），广泛应用于各种开环控制。

2、步进电机分类：永磁式（PM），反应式（VR），混合式（HB）。

3、保持转矩：是指步进电机通电，但没有转动时，定子锁住转子的力矩。

4、精度：为步进角的3～5%，且不累积。

5、细分驱动器：是通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机的运转的。

细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。

对于2，4相电机，细分后的步距角等于电机的整步步距角除以细分数。

对于3相反应式电机，细分后的步距角等于电机的半步步距角除以细分数。

6、步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。

0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°，整步工作时为1.8°）此步距角为电机固有步距角。

7、相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。

常用m表示。

8、失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。

称之为失步。

9、最大空载起动频率：电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。

10、最大空载运行频率：电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。

11、步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。

12、电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。

方向由导电顺序决定。

控制步进脉冲信号的频率，可以对电机进行精确调速；控制步进脉冲的个数，可以对电机进行精确定位。

13、步进电机驱动器：是把计算机控制系统提供的弱信号放大为步进电机能够接受的强电流信号。

14、拍数：是完成一个磁场周期性变化所需脉冲数。

指电机转过一个齿距角所需脉冲数。

15、脱机信号free：此信号为选用信号，并不是必须要用的，只有在一些特殊情况下使用，此端为低电平有效，这时电机处于无力矩状态；此端为高电平或悬空不接时此功能无效，电机可正常运行，此功能若用户不采用，只需将此端悬空即可。

最全的有关步进电机的基础知识，再也找不到这么全的了！No.1如何正确选用步进电机第一步：步进电机的保持转矩，相当于传统电机所说的“功率”。

当然，他们有着本质的区别。

步进电机的物理结构，完全不同于普通的交、直流电机，它的输出功率是可变的。

通常根据需要的转矩大小，来选择哪种型号的步进电机。

大致来说，扭力在0.8n.m以下的，一般选择28、35、39、42；扭力在1N.m左右的，选择57电机较为合适。

扭力在几N.m或更大的情况下，就应当选择转矩更大的75、85、86、90、110、130等规格的步进电机。

同时，我们还应考虑电机的转速。

因为，电机的输出转矩，与转速成反比关系。

就是说，步进电机在低速（每分钟几百转或更低转速，其输出转矩较大），在高速旋转状态的转矩就很小了。

当然，有些工作环境需要高速电机，就要对步进电机的线圈电阻、电感等指标进行综合权衡。

选择电感稍小一些的电机，作为高速电机，能够获得较大输出转矩。

反之，要求低速大力矩的情况下，就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大一些为好。

第二步：步进电机空载启动频率，一般称为“空起频率”。

这是选购步进电机很重要的一项指标。

如果要求在瞬间频繁启动、停止，并且，转速在1000转/分钟左右或更高。

最好选择反应式或永磁式步进电机，这些电机的“空起频率”都比较高。

第三步：步进电机的相数选择，这项内容，很多客户几乎没有什么重视，大多是随便购买。

其实，不同相数的电机，工作效果是不同的。

相数越多，步距角就能够做的比较小，工作时的振动就相对小一些。

大多数场合，使用两相、三相、五相混合式步进电机的比较多。

在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是很实用的。

第四步：防水防腐型步进电机能够防水、防油，适用于某些特殊场合。

例如水下机器人，就需要放水电机。

75BYG系列步进电机大多具有防水结构。

对于特种用途的电机，就要针对性选择了。

第五步：特殊规格的步进电机，通常需要和生产厂家沟通，在技术允许的范围内，加工订做。

步进电机常识步进电机常识一、概述步进电机是一种精密电动装置，可将电信号转换为机械运动，直线或旋转运动都可以。

步进电机以步进角逐次驱动转子转动，每个步进角代表转子移动的最小单位。

步进电机的控制比较简单，可用于许多自动化系统中，如CNC机床、3D打印机、自动售货机、医疗设备等。

二、类型1、永磁步进电机：通过在定子上布置多个永磁体，使电子交替上翻，在转子上形成磁极，实现转动。

2、混合式步进电机：定子和转子都有磁极，在两者之间形成磁场差，通过交替激励实现转动。

三、性能参数1、步进角度：指每次步进电机转动的角度。

2、步跳精度：指步进电机转动时的精度，一般是调整电流或闭环控制实现。

3、最大转速：转子的最大转速。

4、电阻：步进电机的电阻。

常用的有单极、双极、四极等。

5、工作温度：步进电机的工作温度范围。

6、电压、电流：步进电机的额定电压和工作电流。

四、控制方式1、全步进控制：每个步进角之间都会到达目标角度，可以实现较高的准确度，但相应需要更高的驱动能力和数码控制器。

2、半步进控制：每个步进角之间的中间位置都会达到一个偏离的角度，通过半步移动实现更高的转动精度。

3、微步进控制：通过对电流进行调整，实现更小的步进角度。

五、附件1、步进电机控制器2、电机驱动器3、配合装置4、电缆连接器六、法律名词及注释1、知识产权：知识产权是指人类在创造知识、传授知识和运用知识的过程中，享有的某种权力，包括专利、商标、著作权等。

2、质量管理体系：包括质量系统、质量策划、质量控制、质量评价、质量改进等一系列质量管理活动。

3、保密协议：保密协议是由保密双方，即信息提供方和信息接收方，签署的一种协议，用于确保信息的保密性和保护知识产权。

七、可能遇到的困难及解决办法1、步进电机过热：检查工作环境温度、步进电机外观是否有损伤，调整相应的电流参数。

2、步进电机震动过大：检查工作环境、电缆是否有松动或连接有问题，调整相应的步跳精度参数。

3、步进电机驱动器故障：检查电机驱动器是否符合要求、连接是否正常、电压是否稳定等，及时更换或修理。

步进电机资料整理1.步进电机定义步进电机是工业生产过程控制，数字程序控制(数控机床)计算机外部设备，控制仪表等常用的控制部件。

步进电机是一种将电脉冲转化为不连续的机械运动的机电装置。

当施加适当的电脉冲指令时，电机转子的出轴或外转子将会以不连续的步进增量旋转。

电机的旋转与施加的脉冲之间有几个方面的直接关系：首先所加脉冲的顺序直接决定着电机转轴旋转的方向；其次电机转轴旋转的速度取决于所加脉冲的频率，而旋转的角度或者圈数和所加的脉冲数成正比2.步进电机结构分类根据步进电机的原理和结构，基本可以分成下面两大类型：第一类：电磁型步进电机。

这种步进电机是早期的步进电机，它通常只有一个绕阻，并且仅靠电磁作用还不能使电机的转子做步进运行，必须加上相应的机械部件，才能产生步进的效果。

它有螺旋型和棘型两种。

第二类:定子和转子之间仅靠电磁作用就可以产生步进作用的步进电机。

这种电机一般有多相绕组，在定子和转子之间没有机械联系。

这种电机有良好的可靠性及速度性，工业应用上大量用于状态伺服元件、功率伺服元件、位置控制元件等。

在第二类步进电机中，根据转子的结构形式，可以分成永磁性转子电机（PM）或反应式转子电机（VR），它们可以简称为永磁式步进电机或反应式步进电机。

在永磁式步进电机中，它的转子是用永磁钢制成的，也有通过滑环供电的直流激磁绕组制成；无论如何，其转子有软材料制成齿状，转子的齿也称显极，在这种步进电机的转子中没有绕组。

3.步进电机的特点步进电机的优缺点总结如下。

优点：1)电机旋转的角度正比于脉冲数；2)电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）；3)由于每步的精度在3%-5%，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性；4)优秀的启停和反转响应；5)由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命；6)电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本较低；7)仅仅将负载直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转；8)由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。

步进电机知识详解，再不怕看不懂步进电机了！步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一, 广泛应用在各种自动化控制系统中。

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，在各个国民经济领域都有应用。

作为电力人对步进电机的也不能仅限于认识而已，应该深入了解它的结构、基本原理以及应用，接下来小七将从三个方面带大家全面认识步进电机。

01什么是步进电机步进电机是一种直接将电脉冲转化为机械运动的机电装置，通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制。

在不借助带位置感应的闭环反馈控制系统的情况下、使用步进电机与其配套的驱动器共同组成的控制简便、低成本的开环控制系统，就可以实现精确的位置和速度控制。

02基本结构和工作原理基本结构：工作原理：步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过其内部的逻辑电路，控制步进电机的绕组以一定的时序正向或反向通电，使得电机正向/反向旋转，或者锁定。

以1.8度两相步进电机为例：当两相绕组都通电励磁时，电机输出轴将静止并锁定位置。

在额定电流下使电机保持锁定的最大力矩为保持力矩。

如果其中一相绕组的电流发生了变向，则电机将顺着一个既定方向旋转一步（1.8度）。

同理，如果是另外一项绕组的电流发生了变向，则电机将顺着与前者相反的方向旋转一步（1.8度）。

当通过线圈绕组的电流按顺序依次变向励磁时，则电机会顺着既定的方向实现连续旋转步进，运行精度非常高。

对于1.8度两相步进电机旋转一周需200步。

两相步进电机有两种绕组形式：双极性和单极性。

双极性电机每相上只有一个绕组线圈，电机连续旋转时电流要在同一线圈内依次变向励磁，驱动电路设计上需要八个电子开关进行顺序切换。

单极性电机每相上有两个极性相反的绕组线圈，电机连续旋转时只要交替对同一相上的两个绕组线圈进行通电励磁。

驱动电路设计上只需要四个电子开关。

在双极性驱动模式下，因为每相的绕组线圈为100%励磁，所以双极性驱动模式下电机的输出力矩比单极性驱动模式下提高了约40%。

步进电机的基础知识步进电机是一种将电脉冲信号转换成离散力学运动的机电设备。

当施加适当的电脉冲指令时,步进电机旋转的轴或主轴将会以不连续的步进增量旋转。

电机转动与施加的脉冲之间有几个方面的直接关系。

所施加的脉冲序列决定了电机轴的旋转方向；电机的输出轴旋转的速度决定于输入脉冲的频率；电机旋转的角度决定于输入脉冲的数量。

步进电机的优点和缺点优点：1.电机的旋转角度与输入脉冲成正比。

2.当绕组通电时,电机转矩处于完全静止状态。

3.因为良好的步进电机的准确度为3％-5％,而且不会将误差从一个步骤累计到下一步,所以步进电机能够精确定位和重复性地运动。

4.对启动/停止/换向有极好的反应。

5.因为没有接触到电机上的电刷,所以它非常可靠。

电机的使用寿命仅仅依赖于轴承的寿命。

6.电机对数字输入脉冲的响应提供了开环控制,这样使电机能够更简单和低成本的控制。

7.负载直接耦合到轴,可以实现非常低速的同步旋转。

8.当速度与输入脉冲的频率成正比,可以实现更大围的旋转速度。

缺点：1.如果不恰当地控制可能会产生共振。

2.如果速度太快则不易操作。

开环控制：步进电机的一个最显着的优点是它能够在开环系统中被精确地控制。

开环控制是指不需要反馈有关位置的信息。

这种类型的控制可以消除昂贵的传感和反馈装置的需要,例如光学编码器。

只需输入步骤脉冲跟踪就能知晓您此刻所处的位置。

步进电机的类型步进电机有三种类型,分别是：1.可变磁阻型2.永久磁场型3.混合型可变磁阻型〔VR〕这种类型的步进电机已经存在了很长一段时间。

从结构上来看,它可能是最容易理解的。

图1显示出了一个典型的V.R.步进电机的截面。

这种类型的电机包括一个软铁多齿的转子和一个绕定子。

当定子绕组通过直流电流通电,电机磁极则被磁化。

当转子齿被吸引到带电的定子极时,电机发生旋转。

永久磁场型〔PM〕永久磁场型的步进电机通常被称为"锡罐"电机,是一种低成本、低分辨率类型的电机,它的典型步距角为7.5°至15°〔48 - 24步/转〕。

步进电机学习资料步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的电机，广泛应用于各种精密控制领域，如数控机床、打印机、扫描仪等。

它具有结构简单、控制方便、定位精度高等特点。

下面将详细介绍步进电机的工作原理、分类、驱动方式以及应用场景。

工作原理：步进电机的工作原理基于电磁感应定律。

电机内部有多个磁极，外部有多个绕组。

当电流通过绕组时，会产生磁场，使转子转动。

步进电机的转动是通过控制电流的通断来实现的，每次通断产生一个步进角，从而实现精确的角位移。

分类：步进电机主要分为两种类型：可变磁阻步进电机（VR步进电机）和永磁步进电机（PM步进电机）。

1. 可变磁阻步进电机：其转子由多个磁极组成，通过改变绕组的电流方向，使转子在不同磁极间转动。

2. 永磁步进电机：转子由永磁材料制成，通过改变绕组的电流方向，使转子在不同磁极间转动。

驱动方式：步进电机的驱动方式主要有以下几种：1. 脉冲驱动：通过控制脉冲的频率和数量，实现步进电机的转速和步数控制。

2. 相序控制：通过改变绕组的通电顺序，实现步进电机的转动方向和步数控制。

3. 细分驱动：通过细分步进角，提高步进电机的控制精度。

应用场景：步进电机因其高精度和易于控制的特点，被广泛应用于以下领域：1. 数控机床：用于控制刀具的移动，实现精确的加工。

2. 打印机：用于控制打印头的移动，实现精确的打印。

3. 扫描仪：用于控制扫描头的移动，实现精确的扫描。

4. 机器人：用于控制机器人关节的转动，实现精确的动作控制。

步进电机的学习资料中，还应包括电机的选型、安装、调试等方面的知识。

选型时，需要根据应用场景的要求，选择合适的步进电机类型和规格。

安装时，需要注意电机的固定方式和连接方式，确保电机的稳定运行。

调试时，需要根据实际应用需求，调整电机的驱动参数，实现最佳的控制效果。

总之，步进电机是一种重要的精密控制电机，通过学习其工作原理、分类、驱动方式和应用场景，可以更好地掌握步进电机的使用方法，为各种精密控制领域提供技术支持。

步进电机常识BF Bus Fault 总线故障——总线发生故障亮SF System Fault 系统故障——模块硬件故障或者软件故障亮RUN 运行——运行时亮FRCE 强制——当强制变量时亮STOP 停止——PLC处于停止状态时亮1.步进电机为什么要配步进电机驱动器才能工作？步进电机作为一种控制精密位移及大范围调速专用的电机, 它的旋转是以自身固有的步距角角（转子与定子的机械结构所决定）一步一步运行的, 其特点是每旋转一步，步距角始终不变，能够保持精密准确的位置。

所以无论旋转多少次，始终没有积累误差。

由于控制方法简单，成本低廉，广泛应用于各种开环控制。

步进电机的运行需要有脉冲分配的功率型电子装置进行驱动, 这就是步进电机驱动器。

它接收控制系统发出的脉冲信号，按照步进电机的结构特点，顺序分配脉冲，实现控制角位移、旋转速度、旋转方向、制动加载状态、自由状态。

控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就能够驱动步进电机旋转一个步距角。

步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。

角位移量与脉冲个数相关。

步进电机停止旋转时，能够产生两种状态：制动加载能够产生最大或部分保持转矩（通常称为刹车保持，无需电磁制动或机械制动）及转子处于自由状态（能够被外部推力带动轻松旋转）。

步进电机驱动器，必须与步进电机的型号相匹配。

否则，将会损坏步进电机及驱动器。

2.什么是驱动器的细分？运行拍数与步距角是什么关系？“细分”是针对“步距角”而言的。

没有细分状态，控制系统每发一个步进脉冲信号，步进电机就按照整步旋转一个特定的角度。

步进电机的参数，都会给出一个步距角的值。

如110BYG250A 型电机给出的值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°），这是步进电机固有步距角。

通过步进电机驱动器设置的细分状态，步进电机将会按照细分的步距角旋转位移角度，从而实现更为精密的定位。

以110BYG250A电机为例，列表说明：电机固有步距角运行拍数细分数电机运行时的真正步距角0.9°/1.8°8 2细分，即半步状态0.9°0.9°/1.8°20 5细分状态0.36°0.9°/1.8°40 10细分状态0.18°0.9°/1.8°80 20细分状态0.09°0.9°/1.8°160 40细分状态0.045°可用看出，细分数就是指电机运行时的真正步距角是固有步距角(整步）的几分指一。

步进电机基础知识：类型、用途和工作原理本文将为您介绍步进电机的基础知识，包括其工作原理、构造、控制方法、用途、类型及其优缺点。

1)步进电机：步进电机是一种通过步进（即以固定的角度移动）方式使轴旋转的电机。

其内部构造使它无需传感器，通过简单的步数计算即可获知轴的确切角位置。

这种特性使它适用于多种应用。

2)步进电机工作原理:与所有电机一样，步进电机也包括固定部分（定子）和活动部分（转子）。

定子上有缠绕了线圈的齿轮状突起，而转子为永磁体或可变磁阻铁芯。

稍后我们将更深入地介绍不同的转子结构。

图1显示的电机截面图，其转子为可变磁阻铁芯。

图1:步进电机截面图步进电机的基本工作原理为：给一个或多个定子相位通电，线圈中通过的电流会产生磁场，而转子会与该磁场对齐；依次给不同的相位施加电压，转子将旋转特定的角度并最终到达需要的位置。

图2显示了其工作原理。

首先，线圈A通电并产生磁场，转子与该磁场对齐；线圈B通电后，转子顺时针旋转60°以与新的磁场对齐；线圈C通电后也会出现同样的情况。

下图中定子小齿的颜色指示出定子绕组产生的磁场方向。

图2:步进电机的步进3)步进电机的类型与构造步进电机的性能（无论是分辨率/步距、速度还是扭矩）都受构造细节的影响，同时，这些细节也可能会影响电机的控制方式。

实际上，并非所有步进电机都具有相同的内部结构（或构造），因为不同电机的转子和定子配置都不同。

3.1转子步进电机基本上有三种类型的转子：永磁转子：转子为永磁体，与定子电路产生的磁场对齐。

这种转子可以保证良好的扭矩，并具有制动扭矩。

这意味着，无论线圈是否通电，电机都能抵抗（即使不是很强烈）位置的变化。

但与其他转子类型相比，其缺点是速度和分辨率都较低。

图3显示了永磁步进电机的截面图。

图3:永磁步进电机可变磁阻转子：转子由铁芯制成，其形状特殊，可以与磁场对齐（请参见图1和图2）。

这种转子更容易实现高速度和高分辨率，但它产生的扭矩通常较低，并且没有制动扭矩。

有关步进电动机驱动系统的基本知识1、系统常识：步进电动机和步进电动机驱动器构成步进电机驱动系统。

步进电动机驱动系统的性能，不但取决于步进电动机自身的性能，也取决于步进电动机驱动器的优劣。

对步进电动机驱动器的研究几乎是与步进电动机的研究同步进行的。

2、系统概述：步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行元件。

当步进电动机驱动器接收到一个脉冲信号（来自控制器），它就驱动步进电动机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

3、系统控制：步进电动机不能直接接到直流或交流电源上工作，必须使用专用的驱动电源（步进电动机驱动器）。

控制器（脉冲信号发生器）可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

4、用途：步进电动机是一种控制用的特种电机，作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一，随着微电子和计算机技术的发展（步进电动机驱动器性能提高），步进电动机的需求量与日俱增。

步进电动机在运行中精度没有积累误差的特点，使其广泛应用于各种自动化控制系统，特别是开环控制系统。

5、步进电机按结构分类：步进电动机也叫脉冲电机，包括反应式步进电动机（VR）、永磁式步进电动机（PM）、混合式步进电动机（HB）等。

（1）反应式步进电动机：也叫感应式、磁滞式或磁阻式步进电动机。

其定子和转子均由软磁材料制成，定子上均匀分布的大磁极上装有多相励磁绕组，定、转子周边均匀分布小齿和槽，通电后利用磁导的变化产生转矩。

一般为三、四、五、六相；可实现大转矩输出（消耗功率较大，电流最高可达20A，驱动电压较高）；步距角小（最小可做到10‟）；断电时无定位转矩；电机内阻尼较小，单步运行（指脉冲频率很低时）震荡时间较长；启动和运行频率较高。

（2）永磁式步进电动机：通常电机转子由永磁材料制成，软磁材料制成的定子上有多相励磁绕组，定、转子周边没有小齿和槽，通电后利用永磁体与定子电流磁场相互作用产生转矩。

步进电机原理（一）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。

虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。

它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。

因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

目前,生产步进电机的厂家的确不少，但具有专业技术人员，能够自行开发，研制的厂家却非常少，大部分的厂家只一、二十人，连最基本的设备都没有。

仅仅处于一种盲目的仿制阶段。

这就给户在产品选型、使用中造成许多麻烦。

签于上述情况，我们决定以广泛的感应子式步进电机为例。

叙述其基本工作原理。

望能对广大用户在选型、使用、及整机改进时有所帮助。

感应子式步进电机工作原理（一）反应式步进电机原理由于反应式步进电机工作原理比较简单。

下面先叙述三相反应式步进电机原理。

1、结构：电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。

0、1/3て、2/3て,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示），即A与齿1相对齐，B与齿2向右错开1/3て，C与齿3向右错开2/3て，A'与齿5相对齐，（A'就是A，齿5就是齿1）旋转：如A相通电，B，C相不通电时，由于磁场作用，齿1与A对齐，（转子不受任何力以下均同）。

如B相通电，A，C 相不通电时，齿2应与B对齐，此时转子向右移过1/3て，此时齿3与C偏移为1/3て，齿4与A偏移（て-1/3て）=2/3て。

如C相通电，A，B相不通电，齿3应与C对齐，此时转子又向右移过1/3て，此时齿4与A偏移为1/3て对齐。