主講教師：步進電機電脈沖信號機械角位移或直線位移步進電機步進電機

步進電機是將脈沖信號轉換成機械角位移或直線位移的一種控制電動機。步進電機每接收一個脈沖，轉子就轉過相應的角度（步距角）。轉子的角位移的大小和轉速與輸入脈沖的數量及其頻率成正比，轉向與繞組通電的相序有關。步進電機定義反應式永磁式混合式步進電機步進電機分類步進電機反應式步進電機結構三相反應式步進電動機的定子內圓周均勻分布著六個磁極，磁極上有勵磁繞組，每兩個相對的繞組組成一相。轉子有四個齒。定子和轉子均為軟磁材料制成，利用磁阻的變化產生反應轉矩的步進電機ABCIAIBIC定子轉子步進電機反應式步進電機工作原理ABCIAIBIC定子轉子

勵磁繞組通電后磁通經過轉

子形成閉合回路，若磁場軸線與轉子存

在一定角度，則在磁場作用下，轉子被磁化，吸引轉子，使轉子的位置力圖使

其磁路的磁阻最小，使轉子和定子的齒對齊。

轉子與定子間相對位置不同，磁路的磁阻也不同：齒-齒相對時，磁路的磁阻最小；齒-槽相對時，磁路的磁阻最大。30°步進電機反應式步進電機工作過程現以A BC A的通電順序，使三相繞組輪流通入直流電流，分析轉子的運動情況“單”是指每次只有一相控制繞組通電“雙”是指每次有兩相控制繞組通電三相單、雙六拍A-AB-B-BC-C-CA-A或A-AC-C-CB-B-BA-A三相雙三拍AB-BC-CA-AB或AC-CB-BA-AC三相單三拍A-B-C-A或A-C-B-A注步進電機步進電機工作原理CBB'C'A3A'14 2a.三相單三拍“三相”指三相步進電機；“單”指每次只能一相繞組通電；“三拍”指通電三次完成一個通電循環。A相繞組通電，B、C相不通電。氣隙產生以A-

A′為軸線的磁場，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過，故電動機轉子受到一個反應轉矩，在此轉矩的作用下，轉子必然轉到左圖所示位置：1、3齒與A、A′極對齊。步進電機步進電機工作原理步進電機步進電機工作原理B相通電時，轉子會轉過30°角，2、4齒和B、B'磁極軸線對齊；C相通電時，轉子再轉過30°角，1、3齒和C'、C磁極軸線對齊。A通B通C通CA的順序給三相繞組輪流通電。這種方式可b.三相六拍按A

AB

B

BC C以獲得更精確的控制特性。CBB'C'A14 23A'CA'BB'C'A4132A相通電，轉子1、3齒與A、A'

對齊。A、B相同時通電，A、A'磁極拉住1、3齒，B、B'磁極拉住2、4齒，轉子轉過15

步進電機步進電機工作原理b.三相六拍CA'BB'C'A41324132CA'BB'C'AB相通電，轉子2、4齒與B、B'對齊。B、C相同時通電，B、B'磁極拉住2、4齒，C、C'磁極拉住1、3齒，轉子轉過15

步進電機步進電機工作原理步進電機步進電機工作原理b.三相六拍按A

AB

B

BC C

CA的順序給三相繞組輪流通電。每拍轉子轉過15°(步距角)，一個通電循環周期(6拍)轉子轉過90°(齒距角)。與單三拍相比，六拍驅動方式的步距角更小，更適用于需要精確定位的控制系統中。通過改變通電順序即可實現改變轉向

360

Zr

mAB' C'14 2C 3 BA'Zr=40m=3，或6步進電機步進電機細分實際結構一般步進電動機最常見的步距角是3°或1.5°。由上式可知，轉子上不只4個齒（齒距角90°），而有40個齒（齒距角為9°）。為了使轉子齒與定子齒對齊，兩者

的齒寬和齒距必須相等。展開結構

360

Zr

m步進電機步進電機細分Zr

m

360

步進電機步進電機細分步進電機的運動精度和步距角有關，

但是步距角的大小受到電機結構的限制，而小步距角電動機加工比較困難。

為使步進電機有更小的步距角，通常采用細分步距角的方法：每次輸入脈沖切換時，不是將繞組電流全部輸入或切除，而是改變繞組中額定電流的一部分，從而使步進電機轉子在每步運動時只轉過步距角的一部分。這種將一個步距角細分為若干小步、每一小步只有步距角的一部分的驅動方法稱為細分。步進電機步進電機細分A-AB-B-BC-C-CA-A按三相六拍四細分驅動時序未細分前步距角=15度，

細分后為15/4=3.75度。步進電機步進電機細分CBB'C'A413A'2

步進電機的細分，其主要目的是提高電機的運轉精度。其次，減弱或消除步進電機的低頻振動（細分本質是一種電子阻尼技術

），低頻振蕩是步進電機（尤其是反應式電機）的固有特性，而細分是消除它的唯一途徑，如果步進電機有時要在共振區工作，選擇細分是唯一的選擇。

“阻尼”是指在振動系統，由于外界作用或系統本身固有的原因引起的振動幅度逐漸下降的特性。

例如：某步進電機“固有步距角”=1.8。，脈沖頻率=200Hz，則電機轉速為1轉/秒，該轉速為工作轉速，對應頻率正好位于步進電機的共振區域內，電機工作時出現振動。

如何保證電機轉速仍然為1轉/秒，且不出現共振現象呢？

選擇細分是唯一的選擇：例如，采用4細分后，實際步距角=

1.8。/4=0.45。，保證電機轉速仍為１轉／秒，則脈沖頻率=800Hz，進而避開200Hz的共振點。

細分后的主要優點為：完全消除了電機的低頻振蕩；提高了電機的輸出轉矩，尤其是對三相反應式電機，其力矩比不細分時提高約30-40%

；提高了電機的分辨率，由于減小了步距角、提高了步距的均勻度。步進電機步進電機細分A一拍：一

相通電狀態到另一相通電狀態的變換B 步距角：每一拍轉子轉過的角度360mZC

θ-----步距角m----拍數Z-----轉子的齒數C-----通電狀態系數單拍或雙拍工作時C＝1

單、雙混合工作時C＝2步距角公式步進電機步進電機基本概念轉速改變三相控制繞組ABC通、斷電源的頻率轉向改變三相繞組ABC的通電順序f----步進電機每秒的步數（或每秒的拍數），稱為步進電機的通電脈沖頻率。60

f

mZCn

步進電機轉速步進電機步進電機基本概念步進電機步進電機驅動器脈沖數=拍數角位移量定位位置控制脈沖頻率速度和加速度調速速度控制步距角： 轉子齒數運行拍數細分脈沖控制方向控制細分步進電機步進電機驅動器步進電機驅動器安裝與接線步進電機是一種將電脈沖信號轉換為機械運動的特種電機，每接收到一個脈沖信號就轉動一個固定的角度，稱為“步距角”。步進電機在使用時，必須配合步進驅動器，這是因為步進電機無法直接接收脈沖信號來控制其運動，必須通過驅動器來將電脈沖轉化為角位移，從而使其能夠正常工作。下面我們以步科（Kinco）三相步進電機（3S57Q-04079）和步科驅動器（3M458）為例，介紹步進電機和步進驅動器的一般接線。步進電機步進電機驅動器安裝與接線步科（Kinco）三相步進電機（3S57Q-04079）的步距角在整步方式下為1.8°，半步方式下為0.9°，其部分技術參數如表4-1所示。表4-13S57Q-04079部分技術參數參數名稱步距角相電流（A）保持扭矩阻尼扭矩電機慣量參數值1.8°5.8A1.0Nm0.04Nm0.3kg.cm2步科三相步進電機（3S57Q-04079）步進電機驅動器安裝與接線不同的步進電機的接線有所不同，3S57Q-04079接線圖如圖4-4所示，三個相繞組的六根引出線，必須按頭尾相連的原則連接成三角形。線色電機信號紅色U橙色藍色V白色黃色W綠色圖4-43S57Q-04079的接線步進電機驅動器安裝與接線在3M458步進驅動器的側面連接端子中間有一個紅色的八位DIP功能設定開關，可以用來設定驅動器的工作方式和工作參數，包括細分設置、靜態電流設置和運行電流設置。步科驅動器（3M458）圖4-53M458DIP開關功能劃分說明步進電機驅動器安裝與接線步科驅動器（3M458）表4-2細分設置表DIP1DIP2DIP3細分ONONON400步/轉ONONOFF500步/轉ONOFFON600步/轉ONOFFOFF1000步/轉OFFONON2000步/轉OFFONOFF4000步/轉OFFOFFON5000步/轉ONOFFOFF10000步/轉表4-3輸出電流設置表DIP5DIP5DIP5DIP5輸出電流OFFOFFOFFOFF3.0AOFFOFFOFFON4.0AOFFOFFONON4.6AOFFONONON5.2AONONONON5.8A步進電機驅動器安裝與接線步科（Kinco）三相步進電機（3S57Q-04079）的步距角為1.8度，即