stepper步进电机概述

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1、1.步进电机的种类步进电机有许多种形状和尺寸，但不论形状和尺寸如何，它们都可以归为三类：永磁式（PM），感应式（VR）和混合式（HB）。感应式步进电机的转子中没有绕组，其结构简单，成本低，步距角可以做得很小，但动态性能较差。永磁式步进电机的输出转距大，动态性能好，转子的极数与定子的极数相同，所以步距角一般较大。混合式步进电机混合了永磁式和反应式的优点。它的输出转距大，动态性能好，步距角小，但结构复杂，成本较高我们选用的是感应式步进电机，因为我们不需要它持续高速工作，而主要用来成精确定位，而且价格相对便宜，较易买到。下面的构造，原理及驱动都以感应式步进电机为例。2.步进电机的构造 左图是一

2、个三相单极感应式步进电机，定子是由硅钢片叠成的，定子上有6个磁极（即绕组*），每2个相对的磁极（N，S极）组成一对，共有3对（A-A’,B-B’,C-C’），每对磁极都缠有同一绕组，也即一相，这样3对磁极有3个绕组，形成三相。可以得出，两相步进电机有2对磁极，2对绕组…每个磁极的内表面都分布着多个小齿，它们大小相同。 对齿：定子小齿与转子小齿对齐的状态。错齿：小齿与转子小齿不对齐的状态。当某相处于对齿状态时，其他相必须处错齿状态。如果给处于错齿状态的相通电，则转子在电磁力的作用下，将向磁导率最大（或磁阻最小）的位置转动，即向趋于对齿的状态转动。由此可见：错齿的存在是步进电机能够旋转的条件

3、3步进电机的工作原理左图为定转子的展开示意图。图中ABCA’分别代表上图中的定子的各磁极（或叫半个相）而非定子小齿，同样1234代表转子上的一磁极。两磁极间距为T(图中所示)。旋转：如A-A’相通电，其它相不通，则1与A,5与B对齐。如B-B’相通电，其它相不通，则2与B,6与B’对齐（未画出）。转子右移1/3T。如C-C’相通电，其它相不通，则3与B,7与B’对齐（未画出）。转子右移1/3T。如再A-A’相通电，其它相不通，则4与A’对齐，而1左边的一个极将与A对齐。转子右转1/3T,此时定转子相对位置回到了开始状态。这样经过1次ABCA轮流通电，转子走过T，如果不断的按A,B,C,A

4、,B,C,A,…通电，电机就每步1/3T地右转，若按A,C,B,A,C,B,A…则左转。另外提一下，若电机是双极型，那么通电是有方向之分的，一个周期应是正向通电A,B,C,反向通电A,B,C。由此可见，电机的速度由通电切换的频率决定，转过角度由通电切换次数决定，通电顺序决定了转动方向。这里顺便提一下，如按A,AB,B,BC,C,…通电，那么步距角就变为1/6T，这就是半步驱动，若再给各相不同的电流大小组合，步距角还可进一步减小到12/T,24/T,…这就是细分驱动。半步细分驱动拥有更大的力矩，更平稳安静的转动，更精确的定位，我们采用的是性价比较高的半步驱动。4步进电机的电流激励我们使用的

5、双相双极电机为例介绍电机的驱动右图为电机定子一个极的示意图，如果绕组线圈中电流的流向如图所示，那么电流在绕两个齿槽按逆时针流向流动。根据安培定律和右手准则，这样的电流会产生一个北极向上的磁场。 左图是一个双相双极电机，因为其定子上有两相，每相有两种磁极状态。如果我们按右下图所示顺序4个步骤给绕组1，2输送电流，电机绕组就完成了一个周期的电激励，电机转子旋转了一整圈。也就是完成了前面所讲的双极型的全步驱动周期：正向1,2,反向1,2。（和前文相比没有3是由于它是两相电机而前文是3相）。大家可能会发现他的步距角是90度，那是由于简单起见转子只画出了一个磁极（论文的第一幅图画了三个磁极），常见

6、的是磁极数在12和200个之间的双相步进电机，这些电机的步进精度在15°和0.9°之间。  如果同时向两个绕组输送电流，还能增大电机的扭矩，如左图所示。这时，电机定子的磁场是两个绕组各自产生的磁场的矢量和，所以此时的磁场比单独激励一个绕组时更强。由于该磁场是两个垂直场的矢量和，因此它等于单独每个场的2×1.414倍，从而电机对其负载施加的扭矩也成正比增大。这就是半步细分驱动能增大扭矩的原因 5.步进电机的驱动 既然我们知道了一系列激励会使步进电机旋转，接下来就要设计硬件来实现所需的步进序列。一块能让电机动起来的硬件就叫做电机驱动器。上图中，电机内的绕组抽头分别被标为1A、1B、2A和2B

7、。其中，1A和1B是绕组1的两个抽头，2A和2B则是绕组2的两个抽头。电流在电机绕组中有两种可能的流向，这样的电机就叫做双极电机和双极驱动序列。双极电机通常由一种叫做H桥的电路驱动，左图给出了连接H桥和步进电机两根抽头的电路。H桥通过一个电阻连接到一个电压固定的直流电源(其幅度可根据电机的要求选取)，然后，该电路再经过4个开关(分别标为S1、S2、S3和S4)连接到绕组的两根抽头。这一电路的分布看起来有点象一个大写字母H，因此叫做H