定子
B2
B3
A3
C
B2
B3
D
A3
1．结构特点
图7.2所示为一台三相反应式步进电动机的结构简图。其 定子有6个磁极，每两个相对的磁极上绕有一相控制绕组， 由外部脉冲信号对各相绕组轮流励磁。转子上有均布的四 个凸齿。
第7章步进电动机传动控制系统
图7.2三相反应式 步进电动机结构简图
(a)
(b)
图7.3三相反应式步进电动机工作原理
若按三相六拍运行时，其步距角为
第7章步进电动机传动控制系统
7.1.2小步距角步进电动机
如果步进电动机电定子各相绕组轮流通电的脉冲的频率 为f，步距角θb的单位为(o)，则步进电动机的转速(单位为 r／min)为
可知，步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其 转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转 子的转速越高。
第7章步进电动机传动控制系统
结论：
通过以上分析可知，转子的齿数不能任意选取。因为在 同一相的几个磁极下，定转子齿应同时对齐或同时错开， 才能使几个磁极的作用相加，产生足够的反应转矩，而 定子圆周上属于同一相的极总是成对出现的，所以转子 齿数应是偶数。
另外，在不同相的磁极下，定转子相对位置应依次错开 1／m齿距，这样才能在连续改变通电状态下，获得连续 不断的运动。否则，当某一相控制绕组通电时，转子齿 都将处于磁路的磁阻最小位置上，各相绕组轮流通电时， 转子将一直处于静止状态，电动机不能正常转动运行。 为此，要求两相邻相磁极轴线之间转子的齿数为整数加 或减1／m。
分类方式 按工作原理
7.1.3步进电动机的分类`
具体类型 反应式
(又称磁阻式)
结构特点 转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运 行，是我国步进电动机发展的主要类型。
B1
A1
第7章步进电动机传动控制系统
N
B2
A2
B1
左段 A1
右段 S
若以转子左段铁心作参考，当A1、A3极上的齿与转子齿对齐时， 则有 A2、A4极上的齿与转子槽相对，B1、B3极上的齿沿顺时针方向超前转 子齿1/4齿距，B2、B4极上的齿沿顺时针方向超前转子齿3／4齿距；在 转子右段铁心，则A1、A3极上的齿与转子槽相对，A2、A4极上的齿与 转子齿对齐，B1、B3极上的齿沿顺时针方向超前转子3/4齿距，B2、 B4极上的齿沿顺时针方向超前转子齿1／4齿距。
步进电动机的工作机理是基于最基本的电 磁铁机理。
第7章步进电动机传动控制系统
第7章步进电动机传动控制系统
步进电动机的运动是由一系列电脉冲控制，脉冲发生 器所产生的电脉冲信号，通过环形分配器按一定的顺序 加到电动机的各相绕组上。为了使电动机能够输出足够 的功率，经过环形分配器产生的脉冲信号还需要进行功 率放大。环形分配器、功率放大器以及其他辅助电路统 称为步进电机的驱动电源。步进电动机、驱动电源和控 制器构成步进电动机传动控制系统，如图7.1所示。
7.1.2小步距角步进电动机
设转子的齿数为Z，则齿距角为
360 z
因为每通电一次(即运行一拍)，转子就走一步，故步距角
为
第7章步进电动机传动控制系统
式中：K为状态系数，相邻两次通电相数一致时K=1，如 单、双三拍时；反之则K=2，如三相六拍时。
若步进电动机的z=40，三相单三拍或三相双三拍时，其 步距角为
步进电动机的转速即取决于控制绕组通电的频率，又取决 于绕组通电方式。步进电动机的通电方式一般有单相轮流 通电方式、双相轮流通电方式和单双相轮流通电方式 。
1）单相轮流通电方式-运行的稳定性差。 2）双相轮流通电方式-输出力矩较大，定位精度高而且不
易失步。 3）单双相轮流通电方式-步距角减小一倍。
第7章步进电动机传动控制系统
第7章步进电动机传动控制系统
步进电动机（Step motor 或Stepping motor），是一种利用电磁感应原理，将电 脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件。 每输入一个脉冲，电机就转过一个角度，运 行一步，其运动形式是步进式的，故称为步 进电动机。由于其输入的是脉冲电压，所以 又称脉冲电动机或阶跃电动机。
料做成凸极结构；转子本身没有励磁绕组的叫做“反应式步进电
动机”；用永久磁铁做转子的叫做“永磁式步进电动机”。步进
电动机的结构形式虽然繁多，但工作原理基本相同，下图是两相
混合式步进电动机结构图 。
C—C剖面 C
A1
D 电机绕组
D—D剖面 A1
B1
B4
转子
B1
B4
N
A2
N
N
A4S
S
A4
(1)基本工作原理
2. 工作原理
第7章步进电动机传动控制系统
7.4单三拍通电方式时的转子位置
步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转 过一个确定的角度，即步进电机的步距角，用θb表示；改变 步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变。
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（2）通电方式
当定子绕组按U-V-W顺序轮流通 电时，转子就顺时针方向一步一 步地移动，各相绕组轮流通电一 次，转子就转过一个齿距。
图7.6实际的三相反应式步进电动机结构 简图
三相反应式步进电动机定子、转子展开图
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两相混合式步进电动机定子磁极上的齿与左右段转子齿的 相对位置
B2
A2
驱动电源
控制器
环形分配器
功率放大器
步进电动机
辅助电路
图7.1步进电动机传动控制系统框图
7.1 步进电动机工作原理及分类
第7章步进电动机传动控制系统
7.1.1 步进电动机的结构与工作原理
步进电动机的结构分为定子和转子两大部分。定子由硅钢片叠
加而成，绕有一定相数的控制绕组，由环形分配器送来的电脉冲
对各相定子绕组轮流进行励磁。转子用硅钢片叠成或用软磁性材
图7.5三相六拍通电方式
7.1.2小步距角步进电动机
定子极面小齿和转子上的小齿位 置符合下列规律：
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当U相的定子齿和转子齿对齐时， V相的定子齿应相对于转子齿顺 时针方向错开1/3齿距，而W相 的定子齿又应相对于转子齿顺时 针方向错开2／3齿距。也就是说， 当某一相磁极下定子与转子的齿 相对时，下一相磁极下定子与转 子齿的位置刚好错开τ/m．其中， τ为齿距，m为相数；再下一相磁 极下定子与转子的齿则错开2τ／ m；依此类推。