. 步进电动机的结构与工作原理 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。 步进电动机 步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、 耗电少等。 步进电动机的特点： (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，改变方向。 步进电动机的种类 根据励磁式方式的不同分为：反应式、永磁式和混合式（又叫感应子式）三种。反应式步进电机 的应用较多。 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。 图7-20 （a）三相反应式步进电动机工作原理图 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，转子被磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻小，使转、定子的齿对齐 停止转动。两相步进电机 . . A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。 图7-20 （b）三相反应式步进电动机工作原理图 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 ； 图7-20 （c）三相反应式步进电动机工作原理图 后，C 相通电，转子1、3齿和 C 相轴线对齐，相对 B 相通电比较，转子再次转动30 。 步进电动机的结构 步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，以三相为例其定子和转子上分别有 六个、四个磁极 。 . . 步进电动机结构简图 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。 . . 图7-22 三相反应式步进电动机结构原理图 步进电动机工作方式 (以三相步进电机为例)步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相六拍、三相双三拍等。 一、三相单三拍 三相绕组中的通电顺序为： 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 b 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。 .

　　步进电动机的结构与工作原理 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。 步进电动机 步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、 耗电少等。 步进电动机的特点： (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，改变方向。 步进电动机的种类 根据励磁式方式的不同分为：反应式、永磁式和混合式（又叫感应子式）三种。反应式步进电机 的应用较多。 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。 图7-20 （a）三相反应式步进电动机工作原理图 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，转子被磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻小，使转、定子的齿对齐 停止转动。 A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。 图7-20 （b）三相反应式步进电动机工作原理图 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?； 图7-20 （c）三相反应式步进电动机工作原理图 后，C 相通电，转子1、3齿和 C 相轴线对齐，相对 B 相通电比较，转子再次转动30?。 步进电动机的结构 步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，以三相为例其定子和转子上分别有 六个、四个磁极 。 步进电动机结构简图 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。 图7-22 三相反应式步进电动机结构原理图 步进电动机工作方式 (以三相步进电机为例)步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相六拍、三相双三拍等。 一、三相单三拍 三相绕组中的通电顺序为： 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?。混合式步进电机此角称为步距角，用?b 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。

　　步进电动机的结构与工作原理 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。 步进电动机 步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、 耗电少等。两相步进电机 步进电动机的特点： 步进电动机的特点： (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，改变方向。 步进电动机的种类 根据励磁式方式的不同分为：反应式、永磁式和混合式（又叫感应子式）三种。反应式步进电机 的应用较多。 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。 图7-20 （a）三相反应式步进电动机工作原理图 三相反应式步进电动机工作原理图 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，转子被磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻小，使转、定子的齿对齐 停止转动。 A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。 图7-20 （b）三相反应式步进电动机工作原理图 三相反应式步进电动机工作原理图 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； 图7-20 （c）三相反应式步进电动机工作原理图 后，C 相通电，转子1、3齿和 C 相轴线对齐，相对 B 相通电比较，转子再次转动30。 步进电动机的结构 步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，以三相为例其定子和转子上分别有 六个、四个磁极 。 步进电动机结构简图 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。 图7-22 三相反应式步进电动机结构原理图 步进电动机工作方式 (以三相步进电机为例)步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相六拍、三相双三拍等。 一、三相单三拍 三相绕组中的通电顺序为： 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b 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

　　步进电动机的结构与工作原理 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。 步进电动机 步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、 耗电少等。 步进电动机的特点： (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，改变方向。 步进电动机的种类 根据励磁式方式的不同分为：反应式、永磁式和混合式（又叫感应子式）三种。反应式步进电机 的应用较多。 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。 图7-20 （a）三相反应式步进电动机工作原理图 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，转子被磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻小，使转、定子的齿对齐 停止转动。 A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。 图7-20 （b）三相反应式步进电动机工作原理图 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?； 图7-20 （c）三相反应式步进电动机工作原理图 后，C 相通电，转子1、3齿和 C 相轴线对齐，相对 B 相通电比较，转子再次转动30?。 步进电动机的结构 步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，以三相为例其定子和转子上分别有 六个、四个磁极 。 步进电动机结构简图 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。 图7-22 三相反应式步进电动机结构原理图 步进电动机工作方式 (以三相步进电机为例)步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相六拍、三相双三拍等。 一、三相单三拍 三相绕组中的通电顺序为： 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?b 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。

　　步进电动机的结构和工作原理 步进电动机的结构： 按照励磁方式分类，步进电动机可分为反应式、永磁式和感应子式。 反应式步进电动机用的比较普遍，结构也较简单。反应式步进电动机又称为 磁阻式步进电动机，由定子和转子组成，其定子、转子均由软磁材料冲制、迭压 而成。定子上安装多相励磁绕组，转子上无绕组，转子圆周外表面均匀分布若干 齿和槽。定子上均匀分布若干个大磁极，每个大磁极上有数个小齿和槽。图 1 为三相反应式步进电动机结构示意图， 反应式步进电动机相数一般为三相、 四相、 五相、六相。 图1 永磁式步进电动机是转子或定子任何一方具有永磁材料的步进电动机。其结 构见图 2。永磁式步进电动机没有永磁材料的一方有励磁绕组，绕组通电后，建 立的磁场与永磁材料的恒定磁场相互作用产生电磁转矩， 励磁绕组一般为二相或 四相。 图2 步进电动机的工作原理： 通常电动机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量 磁场。 该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方 向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输 入一个电脉冲， 电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数 成正比、 转速与脉冲频率成正比。 改变绕组通电的顺序， 电动机就会反转。 所以， 可用控制脉冲数量、混合式步进电机频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电动机的转 动。例如，单三拍的通电方式，A 相首先通电（B、C 两相不通电） ，产生 A-A′ 轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。这时 A、A′极就成为电磁铁的 N、 S 极。在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻小的位置，也就是要转到转子 对齐 A、A′极的位置；接着 B 相通电（A、C 两相不通电） ，转子便顺时针方向 转过 30°，和 B、B′极对齐；然后 C 相通电（A、B 两相不通电） ，转子又会 顺时针方向转过 30°，和 C，C′极对齐，当脉冲信号一个一个发来时，转子便 会一步一步的顺时针转动，如果按 A→C→B→A→…的顺序通电，则电动机转子 便逆时针方向转动。这就是步进电动机的工作原理。

　　一、步进电机结构 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行 电脉冲信号 元件。每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时， 元件。每当一个脉冲信号施加于电机的控制绕组时，其转轴就 转过一个固定的角度 步距角），顺序连续地发给脉冲， 固定的角度（ ），顺序连续地发给脉冲 转过一个固定的角度（步距角），顺序连续地发给脉冲，则电 机轴一步接一步地运转 一步接一步地运转。 机轴一步接一步地运转。 图1 步进电机结构图 二、步进电机的分类 1：按工作原理分 反应式、永磁式、混合式（ 反应式、永磁式、混合式（Hybrid）三种。 ）三种。 (1)、反应式步进电动机：转子铁芯 用硅钢片或是软磁性材料 、反应式步进电动机： 做成，没有励磁绕组； 做成，没有励磁绕组； (2)、永磁式步进电动机：转子铁芯是用性磁铁做的，没 、永磁式步进电动机：转子铁芯是用性磁铁做的， 有励磁绕组。 有励磁绕组。 (3)、混合式步进电机：混合式步进电机综合了反应式、永磁 了反应式、 、混合式步进电机：混合式步进电机综合了反应式 式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大， 式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性 能好，是目前性能的步进电动机。 能好，是目前性能的步进电动机。它有时也称作永磁感 应子式步进电动机。 应子式步进电动机。 2：按输出转矩大小分： 按输出转矩大小分： 快速步进电机（输出扭矩0.07~4N.m 0.07~4N.m） 快速步进电机（输出扭矩0.07~4N.m）,可控制小 型精密机床的工作台； 型精密机床的工作台； 功率步进电 机（输出扭矩5~40N.m），可直接驱 输出扭矩5~40N.m），可直接驱 5~40N.m）， 动机床移动部件 。 按励磁相数分有二、 八相等。 3：按励磁相数分有二、三、四、五、六、八相等。 三、步进电机的工作原理 当给A 相通电时， 由于定子A 当给 A 相通电时 ， 由于定子 A 齿和 转子的1齿对齐，没有切向力，混合式步进电机 转子的1齿对齐，没有切向力，转子 静止。接着给B相绕组通电时， 静止。接着给B相绕组通电时，转子 位置如图（ ），转子齿偏离定子齿 位置如图（a），转子齿偏离定子齿 一个角度（ 30° ）。由于 由于励磁磁通 一个角度 （ 30° ）

　　1. 步进电机的工作原理 该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机 的各相绕组按合适的时序通电，就能使步进电机步进转动。图 1 是该四相反应式 步进电机工作原理示意图。 图 1 四相步进电机步进示意图 开始时，开关 SB 接通电源，SA、SC、SD 断开，B 相磁极和转子 0、3 号齿对 齐，同时，转子的 1、4 号齿就和 C、D 相 绕组磁极产生错齿，2、5 号齿就和 D、A 相绕组磁极产生错齿。 当开关 SC 接通电源，SB、SA、SD 断开时，由于 C 相绕组的磁力线 号齿和 C 相绕组的磁极对齐。而 0、 3 号齿和 A、B 相绕组产生错齿，2、5 号齿就和 A、D 相绕组磁极产生错齿。依次 类推，A、B、C、D 四相绕组轮流供电，则转子会沿着 A、B、C、D 方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作 方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的 步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力 矩又可以提高控制精度。 单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图、b、c 所 示： a. 单 四 拍 拍 c 八拍 b. 双 四 51 单片机驱动步进电机的方法。 驱动电压 12V，步进角为 度 . 一圈 360 度 , 需要 48 个脉冲完成!!! 该步进电机有 6 根引线:黑色。 采用 51 驱动 ULN2003 的方法进行驱动。 ULN2003 的驱动直接用单片机系统的 5V 电压，可能力矩不是很大，大家可自行加大驱动电压到 12V。 1.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

　　1. 步进电机的工作原理 该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机 的各相绕组按合适的时序通电，两相步进电机 就能使步进电机步进转动。图 1 是该四相反应式 步进电机工作原理示意图。 图 1 四相步进电机步进示意图 开始时，开关 SB 接通电源，SA、SC、SD 断开，B 相磁极和转子 0、3 号齿对 齐，同时，转子的 1、4 号齿就和 C、D 相 绕组磁极产生错齿，2、5 号齿就和 D、A 相绕组磁极产生错齿。 当开关 SC 接通电源，SB、SA、SD 断开时，由于 C 相绕组的磁力线 号齿和 C 相绕组的磁极对齐。而 0、 3 号齿和 A、B 相绕组产生错齿，2、5 号齿就和 A、D 相绕组磁极产生错齿。依次 类推，A、B、C、D 四相绕组轮流供电，则转子会沿着 A、B、C、D 方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作 方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的 步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力 矩又可以提高控制精度。 单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图 2.a、b、c 所示： a. 拍 单 四 拍 c 八拍 b. 双 四 51 单片机驱动步进电机的方法。 驱动电压 12V，步进角为 7.5 度 . 一圈 360 度 , 需要 48 个脉冲完成!!! 该步进电机有 6 根引线:黑色。 采用 51 驱动 ULN2003 的方法进行驱动。 ULN2003 的驱动直接用单片机系统的 5V 电压， 可能力矩不是很大， 大家可自行加大驱动电压到 12V。 1.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

　　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。国外在大功率的工业 设驱动上，目前基本不使用大扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率，噪音，加 速度，速度，系统惯量与扭矩比

　　步进电动机的工作原理及特点 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。 2 3 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。国外 在大功率的工业设驱动上，目前基本不使用大 扭矩步进电动机，因为从驱动电路的成本，效率， 噪音，加速度，速度，系统惯量与扭矩 比来比较，比较不划算，还是用直流电动机，加 电动机编码器整体技术和经济指标高。一些少数 高级的应用，就用空心转杯电机，交流电机。国 外在小功率的场合，还使用步进电机，例如一些 工业器材，工业生产装，打印机，复印件，速 印机，银行自动柜员机。国外用许多现代的手段 将步进电机排挤出驱动应用，除了前面提到的旋 转编码器，打印机还使用光电编码带或感应编码 带配合直流电动机，实现闭环直线位移控制。国 内过去是用大力矩步进电动机实现机床数控，有 实力的现在也采用交流电动机驱动数控机 床，在驱动设的主要差距，是国外对交流电动 机的控制理论与工程分析和应用能力强，先进的 控制理论作为软件，写在控制器内部。 总的来说，步进电机是一种简易的开环控 制，对运用者的要求低，不适合在大功率的场合 4 使用。 在卫星、雷达等应用场合，中国在文化大革 命后期，就生产了力矩电机，就生产了环

　　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范围内通过改变脉冲频 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 国内外的研究概况 步进电机是国外发明的。 中国在中已经生产和应用， 例如、 浙江、 北京、 南京、四川都生产，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。 国外在大功率的工业设驱动上， 目前基本不使用大扭矩步进电动机， 因为

　　新疆农业大学机械交通学院 机电一体化系统设计 课程（设计）论文 题目： 步进电动机的工作原理及特点 奉琦 093731210 郭俊先 机制 092 机械交通学院 姓名与学号： 指导教师： 年级与专业： 所在学院： 课程评分： 二零一二年 月 1 步进电动机 【摘要】步进电动机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移（或线性位移）的电磁装置，是 一种特殊的电动机。步进电动机由于性以及其良好的性能，其组成的开环系统既简单、 廉价， 又非常可行， 因此在打印机等办公自动化设以及各种控制装置等众多领域有着极其 广泛的应用。本文内容介绍了步进电动机的工作原理及其主要特点，特性，同时对其相关部 件以及主要技术指标都有一定介绍，以便于更好的了解步进电动机。 关键词：工作原理；特点；技术指标 前 言 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

　　1. 步进电机的工作原理 该步进电机为一四相步进电机，采用单极性直流电源供电。只要对步进电机 的各相绕组按合适的时序通电， 就能使步进电机步进转动。图 1 是该四相反应式 步进电机工作原理示意图。 图 1 四相步进电机步进示意图 开始时，开关 SB 接通电源，SA、SC、SD 断开，B 相磁极和转子 0、3 号齿对 齐，同时，转子的 1、4 号齿就和 C、D 相 绕组磁极产生错齿，2、5 号齿就和 D、A 相绕组磁极产生错齿。 当开关 SC 接通电源，SB、SA、SD 断开时，由于 C 相绕组的磁力线 号齿和 C 相绕组的磁极对齐。而 0、 3 号齿和 A、B 相绕组产生错齿，2、5 号齿就和 A、D 相绕组磁极产生错齿。依次 类推，A、B、C、D 四相绕组轮流供电，则转子会沿着 A、B、C、D 方向转动。 四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍、双四拍、八拍三种工作 方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的 步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力 矩又可以提高控制精度。 单四拍、双四拍与八拍工作方式的电源通电时序与波形分别如图 2.a、b、c 所示： a. 拍 单 四 拍 c 八拍 b. 双 四 51 单片机驱动步进电机的方法。 驱动电压 12V，步进角为 7.5 度 . 一圈 360 度 , 需要 48 个脉冲完成!!! 该步进电机有 6 根引线:黑色。 采用 51 驱动 ULN2003 的方法进行驱动。 ULN2003 的驱动直接用单片机系统的 5V 电压， 可能力矩不是很大， 大家可自行加大驱动电压到 12V。 1.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
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