步进电机工作原理

1、前言

 　　

    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、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，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。
　　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，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。
　　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，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。
　　二、感应子式步进电机工作原理 
　　（一）反应式步进电机原理
　　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。
　　1、结构：
　　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、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）
　　2、旋转：
　　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 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 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，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,向右旋转。如按
A，C，B，A……通电，电机就反转。
　　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
由导电顺序决定。
　　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 て，1/24 て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。
　　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。
　　3、力矩：
　　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/dθ

 

）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