C
C
A'
A'
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°；C相通电再转30°。
二、步进电机工作方式
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θS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。
三、小步距角的步进电机
（2）A 相断电、B 相通电后，转子只需转过1/3个齿（ 3°），使 B 相转子、定子对齐。 同理，C 相通电再转3 ° …… 若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，转子 只转 1.5° 。
步进电机的转动方向仍由通电顺序决定。
三、小步距角的步进电机
步进电机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为步距 角。
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。
一、步进电机简介及结构
步进电动机主要由两部分构成：定子和转子。它们均 由磁性材料构成，其上分别有六个、四个磁极 。
定子绕组
定子 转子
一、步进电机简介及结构
IA
转子
A
定子
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：
这里的相和三 相交流电中的“相” 的概念不同。步进 电动机通的是直流 IB B 电脉冲，这主要是 指线圈的联接和组 数的区别。
B' 4 1 3 A' 2
场轴线方向原有一定角度，则在 C' B 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 电相磁路的磁阻最小，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。
C
二、步进电机工作方式
A
B'
4 1 3 2
A C' B
B'
4 1 3 2
C' B
二、步进电机工作方式
¾ 三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： A→AB→B→BC→C→CA→A 共六拍。 工作过程： A
B' 4 1 3 A' 2
C' B
C
A相通电，转子1、3齿和A相对齐。
二、步进电机工作方式
A、B相同时通电 （1）BB' 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使转 子顺时针方向转动。 （2）AA ' 磁场继续对1 、3齿有拉力。所以转子转 到两磁拉力平衡的位置上 。相对AA ' 通电，转子转 了15°。
A
B'
4 1 3 2
C' B
C
A'
二、步进电机工作方式
B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15°。 A
B'
4 1 3 2
C' B
C
A'
总之，每个循环周期有六种通电状态，所以称为三相 单双六拍，步距角为15°。
二、步进电机工作方式
¾ 三相双三拍
三相绕组的通电顺序为： AB → BC → CA → AB 共三拍。 A
¾ 静态特性
静态特性是指通电状态不变,电机处于稳定状态时的特 性。 静转矩 静特性 矩角特性 静态稳定区 需要弄清楚几个名词： (1)初始稳定平衡位置：指步进电动机在空载情况下， 控制绕组中通以直流电流时，转子的最后稳定位置;
B'
4 1 3 2
A C' B BC通电
B'
4 3 1 2
AB通电
C' B
C
C
A'
A'
二、步进电机工作方式
A
B'
4 1 3 2
C' B
工作方式为三相双 三拍时，每通入一个电 脉冲，转子也是转 30° ， 即 θS = 30°。
C
A'
CA通电
以上三种工作方式，三 相双三拍和三相单双六拍较 三相单三拍稳定，因此较常 采用。
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，改变电机转动方向。
应用
步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动绘图 仪等设备中都得到应用。
一、步进电机简介及结构
种类
步进电机按照电机结构分为三种：永磁式、 反应式和 混合式。 永磁式步进一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般 为7.5度 或15度；多半用于价格低廉的消费性产品。 反应式步进一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一 般为1.5度，但噪声和振动都很大。 混进合式步进是指混合了永磁式和反应式的优点。它又 分为两相、三相和五相：两相步距角一般为1.8度，三相步距 角为0.9度，而五相步距角一般为 0.72度。
IC C
二、步进电机工作方式
步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单双 六拍、三相双三拍等。
¾ 三相单三拍
（1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为： A相→B相→C相 通电顺序也可以为： A 相 → C 相→ B 相 IC
IA
A
C
IB B
二、步进电机工作方式
（3）工作过程 A 相通电， A 方向的磁通经 转子形成闭合回路。若转子和磁 A
机电液系统控制 —步进电机控制技术
主讲：姚玉峰
2010年3月4号
哈尔滨工业大学（威海）机器人研究所
本章内容
步进电机简介及结构 步进电机工作方式 小步距角的步进电机 反应式步进电机的特性 步进电机的控制
一、步进电机简介及结构
机理
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，带动机械部件移动一小段距离。
步距角
m:相数 360 o C:通电状态系数，单拍或双拍方式 θs = Z r N 时，C=1；采用单、双拍方式时，C=2 Zr：转子齿数
转速
360 o 如：Zr=40 , N=3 时 θ s = = 3o 40 × 3
60 f θ s n= r / min 360
f：电脉冲的频率
四、反应式步进电机的特性
三、小步距角的步进电机
实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5度，步距 角越小，机加工的精度越高。
为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子 40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁极上也有五个齿。
三、小步距角的步进电机
转子的齿距等于360°/40=9 ° ，齿宽、齿槽各4.5 °。 为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，齿宽和 齿槽和转子相同。
三、小步距角的步进电机
工作原理：假设是单三拍通电工作方式。
（1）Aபைடு நூலகம்相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对齐。 此时，B 相和 A 相空间差120°，含
1 120°/9° =13 个齿。 3 2 A 相和 C 相差240°，含240°/ 9° = 26 个齿。所以， 3
A 相的转子、定子的五个小齿对齐时，B 相、C 相不能对 齐，B相的转子、定子相差1/3 个齿（3°），C相的转子、 定子相差2/3个齿（6°）。