步进电机结构原理及选型步骤方法.docx

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1、SW非标机械设计学习资料系列精攻开物-青辰教育机械学院以下是我们在非标设备设计中对《步进电机选型计算》过程中整理需要用到的一些计算公式和资料，具体需要了解其计算方法和各种参数的选型计算方法的视频教程，请加群进入直播课程和老师进行交流。详情参见精攻开物教育官网（jxsb.jgkwedu.com）咨询。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电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。在非超载的情况下，电机的转速、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，当步进驱动器接收到一个脉冲

2、信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能像普通的直流电机，交流电机第23页共23页SW非标机械设

3、计学习资料系列精攻开物-青辰教育机械学院在常规下使用。它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。步进电机也是一种位置控制电机，用于控制运动机构的精确定位，基本适用于各种常规精度的场合。一、步进电机主要分类步进电机从其结构形式上可分为反应式步进电机（VariableReluctance，VR）、永磁式步进电机PermanentMagnet,PM）、混合式步进电机（HybridStepping,HS）、单相步进电机、平面步进电机等多种类型,在我国所采用的步进电机中以反应式步进电机为主。步进电机的运行性能与控制方式

4、有密切的关系,步进电机控制系统从其控制方式来看,可以分为以下三类：开环控制系统、闭环控制系统、半闭环控制系统。半闭环控制系统在实际应用中一般归类于开环或闭环系统中。反应式：定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。永磁式：永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。混合式：混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永

5、磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。第23页共23页SW非标机械设计学习资料系列精攻开物-青辰教育机械学院按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步距角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍（0.007°/微步）。由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。同一步进电机

6、可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。二、步进电机的优缺点主要优点1、电机旋转的角度正比于脉冲数；2、电机停转的时候具有最大的转矩（当绕组激磁时）；3、由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性；4、优秀的起停和反转响应；第23页共23页SW非标机械设计学习资料系列精攻开物-青辰教育机械学院5、由于没有电刷，可靠性较高，因此电机的寿命仅仅取决于轴承的寿命；6、电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本；7、仅仅将负载

7、直接连接到电机的转轴上也可以极低速的同步旋转；8、由于速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。主要缺陷1、如果控制不当容易产生共振；2、难以运转到较高的转速；3、难以获得较大的转矩；4、在体积重量方面没有优势，能源利用率低；5、超过负载时会破坏同步，高速工作时会发出振动和噪声。三、步进电机的构造及工作原理1、步进电机构造步进电动机构造上大致分为定子与转子两部分。转子由转子1、转子2、永磁磁钢3部分构成。此外，转子已被轴向磁化，转子1为N极时，转子2则为S极。第23页共23页SW非标机械设计学习资料系列精攻开物-青辰教育机械

8、学院定子拥有10个小齿状的磁极，皆绕有线圈。其线圈的对角位置的磁极相互连接着，通电时，线圈即会被磁化成同一极性。（例如对某一线圈进行通电后，对角线的磁极将磁化成S极或N极。）对角线的2个磁极形成1个相。而由于有A相至E相等5个相位，因此称为5相步进电动机。转子的外圈由50个小