2024/3/6步進電機工作原理及選型原則主講：宣言2024/3/6步進電動機的工作原理與特點原理：步進電機是利用電磁鐵原理,將脈沖信號轉換成線位移或角位移的電機。每來一個電脈沖，電機轉動一個角度，帶動機械移動一小段距離。特點：(1)來一個脈沖，轉一個步距角。

(2)控制脈沖頻率，可控制電機轉速。

(3)改變脈沖順序，改變轉動方向。

(4)角位移量或線位移量與電脈沖數成正比.2024/3/6步進電動機結構注意：步進電機通的是直流電脈沖

步進電機主要由兩部分構成：定子和轉子。它們均由磁性材料構成。定、轉子鐵心由軟磁材料或硅鋼片疊成凸極結構，定、轉子磁極上均有小齒，定、轉子的齒數相等。其中定子有六個磁極,定子定子磁極上套有星形連接的三相控制繞組，每兩個相對的磁極為一相，組成一相控制繞組,轉子上沒有繞組。轉子上相鄰兩齒間的夾角稱為齒距角2024/3/6工作方式步進電機的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。一、三相單三拍（1）三相繞組聯接方式：Y型（2）三相繞組中的通電順序為：A相

B相

C相通電順序也可以為：

A相

C相

B相

2024/3/6（3）工作過程引轉子，由于磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合，因此會在磁力線扭曲時產生切向力而形成磁阻轉矩，使轉子轉動，使轉、定子的齒對齊停止轉動。A相通電，A方向的磁通經轉子形成閉合回路。若轉子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉子被磁化，吸A相通電使轉子1、3齒和AA'對齊。CA'BB'C'A34122024/3/6CA'BB'C'A3412B相通電，轉子2、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉30

；1C'342CA'BB'AC相通電再轉30

2024/3/6這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。三相單三拍的特點：（1）每來一個電脈沖，轉子轉過30

。此角稱為步距角，用

S表示。（2）轉子的旋轉方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉向。2024/3/6二、三相單雙六拍三相繞組的通電順序為：

A

AB

B

BC

C

CA

A

共六拍。工作過程：A相通電，轉子1、3齒和A相對齊。CA'BB'C'A34122024/3/6所以轉子轉到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA'通電，轉子轉了15°。（1）BB'磁場對2、4齒有磁拉力，該拉力使轉子順時針方向轉動。A、B相同時通電（2）AA'磁場繼續對1、3齒有拉力。CA'BB'C'A34122024/3/6總之，每個循環周期，有六種通電狀態，所以稱為三相六拍，步距角為15

。CA'BB'C'A3412B相通電，轉子2、4齒和B相對齊，又轉了15

。2024/3/6三、三相雙三拍三相繞組的通電順序為：

AB

BC

CA

AB

共三拍。AB通電CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412BC通電2024/3/6以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩定，因此較常采用。工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電脈沖，轉子也是轉30

，即

S=30

。CA通電CA'BB'C'A34122024/3/6步進電機通過一個電脈沖轉子轉過的角度,稱為步距角。N:一個周期的運行拍數,即通電狀態循環一周需要改變的次數Zr：轉子齒數如：Zr=40,N=3時步距角拍數：N=kmk=1單拍制2雙拍制m:相數2024/3/6轉速每輸入一個脈沖，電機轉過即轉過整個圓周的1/(ZrN）,也就是1/(ZrN）轉因此每分鐘轉過的圓周數，即轉速為步距角一定時，通電狀態的切換頻率越高，即脈沖頻率越高時，步進電動機的轉速越高。脈沖頻率一定時，步距角越大、即轉子旋轉一周所需的脈沖數越少時，步進電動機的轉速越高。步進電機選型原則1.步距角確認2.電機轉矩＞負載轉矩3.2024/3/61.電機最大轉速選擇步進電機最大速度一般在600～1000rpm。機械傳動系統要根據此參數設計。注明：1.最大轉速由負載的行程或者負載的轉速確定。2.負載行程的行程及轉速由生產量或者節拍確定。例題：如下圖，滾軸絲桿驅動水平負載，效率為90%，負載重量為40千克，為了滿足生產量，最大Vmax=0.6m/s。試判斷能否選擇步進電機作為動力源。解：因電機直聯最大Vmax=0.6m/s，螺距PB=10mm,則:由V=n*PB/60(n單位:r/min)得n=60*V/PB

=60X0.6X1000/10=3600r/min>1000rpm所以選擇導程10mm，此處不能選擇步進。2.電機步距角選擇：機械傳動比確定后，可根據控制系統的定位精度選擇步進電機的步距角及驅動器的細分等級。一般選電機的一個步距角對應于系統定位精度的1/2或更小。注意：當細分等級大于1/4后，步距角的精度不能保證。例題：如下圖，滾軸絲桿驅動水平負載，效率為90%，負載重量為40千克，為了滿足生產量，最大Vmax=0.1m/s。定位精度±0.5mm/500mm。試確定步進電機的步距角。解：已知定位精度