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一、前言plcjs.技.术_网
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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、WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
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，plcjs.技.术_网
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WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
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。WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
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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P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
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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，P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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。这就给用户W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
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WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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。P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
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二、感应子式步进电机工作原理P.L.C.技.术.网——可编程控制器技术门户
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（一）反应式步进电机原理WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
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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。P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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1、结构：WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
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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、WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
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WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
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） P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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2、旋转：WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
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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 WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
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 WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
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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WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
子又向右移过1/3 て，此时齿4 与A 偏移为1/3 て对齐。如A 相通电，B，C 相不通电，齿4 与A 对WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
齐，转子又向右移过1/3 て这样经过A、B、C、A 分别通电状态，齿4（即齿1 前一齿）移到A 相，WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3 て, WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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由此可见：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。而方向由导电顺序决plcjs.技.术_网
定。WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A 这种导电WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
状态，这样将原来每步1/3 て改变为1/6 て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3 て变为1/12 W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
て，1/24 て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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不难推出：电机定子上有m 相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1 。并WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
且导电按一定的相序电机就能正反转被控制??这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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3、力矩：WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
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电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力F 与（dФ/d WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
θ）成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br 为磁密，S 为导磁面积 F 与L*D*Br 成正比L 为铁芯有效长度，WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
D 为转子直径 Br=N?I/R N?I 为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R 为磁阻。WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
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力矩=力*半径WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
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力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比（只考虑线性状态）因此，电机有效体积越大，励磁安匝WWW.PLCJS.COM——可编程控制器技术门户
数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
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（二）感应子式步进电机WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
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1、特点：——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
比较平稳、噪音低、低频振动小。W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
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感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作plcjs.技.术_网
二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运行WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C=,D=. plcjs.技.术_网
一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
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2、分类WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
感应子式步进电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机WW.W_PLC※JS_C,OM－PL,C－技.术_网
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外径）可分为：42BYG(BYG 为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG 、110BYG 、（国际标准）， plcjs.技.术_网
而像70BYG 、90BYG 、130BYG 等均为国内标准。WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
3、步进电机的静态指标术语plcjs.技.术_网
相数：产生不同对极N、S 磁场的激磁线圈对数。常用m 表示。WWW_PLC※JS_COM－PmLC－技.术_网
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拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n 表示，或指电机转过一个齿距角所需脉WWW_PLCJS@_COM%－PLC－技.术_网
冲数，以四相电机为例，有四相四拍运行方式即AB-BC-CD-DA-AB ，四相八拍运行方式即W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A. WWW_PLCJS※COM－PLC－技×术_网(可编程控※制器技术门户)
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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。θ=360 度（转子齿数J*运行拍数）， WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
以常规二、四相，转子齿为50 齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360 度/（50*4）=1.8 度（俗称WWW_PLCJ－S_COM－PLC－技.术_网(可－编程控－制器技术－门户)
整步），八拍运行时步距角为θ=360 度/（50*8）=0.9 度（俗称半步）。WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
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定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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的）WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
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虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
4、步进电机动态指标及术语：WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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1、步距角精度：WWW_P※LCJS_CO※M－PLC－技－.术_网
步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100% 。不同运WWW_PLCJS※COM－PLC－技.术_网(可※编程控※制器技术门户)
行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。P_L_C_技_术_网——可——编——程——控－制－器－技——术——门——户
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2、失步：WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
3、失调角：WWW_PLC※JS_COM－PLC－技.术_网(可编程控※制器技术门户)
转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
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是不能解决的。WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
4、最大空载起动频率：WWW_PL※CJS_COM－PLC－技.术_网
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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。WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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5、最大空载的运行频率：WWW_P※LCJS_COM－PLC－)技.术_网
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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。W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
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6、运行矩频特性：WW.W_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
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电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动WWW※PLCJS_COM－PL＃C－技.术_网(可编※程控※制器技术门户)
态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。如下图所示：W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。W1WW_P4LCJS_COM－PLC－技.术_网
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电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均WWcW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网