9 6

科技创新导报  S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   I n n o v a t i o n   H e r a l d

2009    NO.28
S c i e n c e   a n d   T e c h n o l o g y   I n n o v a t i o n   H e r a l d

工　程　技　术

科技创新导报

步 进 电 机 作 为 执 行 元 件 ,是 机 电 一 体

化 的 关 键 产 品 之 一 ,广 泛 应 用 在 各 种 自 动
化 设 备 中 。

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 。当 步 进 驱 动
器 接 收 到 一 个 脉 冲 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 (即
步 进 角 )。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 。

混 合 式 步 进 电 机 是 综 合 了 永 磁 式 和 反

应 式 的 优 点 而 设 计 的 步 进 电 机 。它 又 分 为
两 相 、三 相 和 五 相 ,两 相 步 进 角 一 般 为 1.8
度 ,三 相 步 进 角 一 般 为 1.2度 ,而 五 相 步 进
角 一 般 为 0.72度 。

国 内 生 产 步 进 电 机 的 厂 家 很 多 ,其 工

作 原 理 是 是 一 样 的 ,我 们 以 森 创 两 相 混 合
式 步 进 电 机 4 2 B Y G 2 5 0 C 及 其 驱 动 器
SH20403为 例 介 绍 混 合 式 步 进 电 机 的 工 作
原 理 和 驱 动 方 法 。

　 　

1 两相混合式步进电机的结构

工业控制中采用如图1所示的定子磁极

上 带 有 小 齿 ,转 子 齿 数 很 多 的 结 构 ,其 步 距
角可以做得很小。如图1两相混合式步进电
动机的结构图,和图2步进电机绕组接线图,
A、B两相绕组沿径向分相,沿着定子圆周有

8个凸出的磁极,1、3、5、7磁极属于A相绕组,

2、4、6、8磁极属于B相绕组,定子每个极面上
有5个齿,极身上有控制绕组。转子由环形磁
钢 和 两 段 铁 芯 组 成 ,环 形 磁 钢 在 转 子 中 部 ,
轴 向 充 磁 ,两 段 铁 芯 分 别 装 在 磁 钢 的 两 端 ,
使得转子轴向分为两个磁极。转子铁芯上均
匀分布50个齿,两段铁芯上的小齿相互错开
半 个 齿 距 ,定 转 子 的 齿 距 和 齿 宽 相 同 。

2 两相混合式步进电机的工作过程

当 两 相 控 制 绕 组 按

的 次 序 轮 流 通 电 ,每

拍 只 有 一 相 绕 组 通 电,四 拍 构 成 一 个 循 环 。
当 控 制 绕 组 有 电 流 通 过 时 ,便 产 生 磁 动 势 ,
它 与 永 久 磁 钢 产 生 的 磁 动 势 相 互 作 用 ,产
生 电 磁 转 矩 ,使 转 子 产 生 步 进 运 动 。

当 A相绕组通电时,在转子N极端磁极1

上 的 绕 组 产 生 的 S磁 极 吸 引 转 子 N极 ,使 得
磁 极 1下 是 齿 对 齿 ,磁 力 线 由 转 子 N极 指 向
磁 极 1的齿面,磁极5下也是齿对齿,磁极3和
7是 齿 对 槽 ,如 图 4所 示 A相 通 电 转 子 N极 端
定转子平衡图。由于两段转子铁芯上的小齿
相互错开半个齿距,在转子  S极端,  磁极1’
和 5’产 生 的 S极 磁 场 ,排 斥 转 子 S极 ,与 转 子
正好是齿对槽,磁极3’和7’齿面产生N极磁
场 ,吸引转子  S极,使得齿对齿。A相绕组通
电时转子N极端、S极端转子平衡图如图3。

因 转 子 上 共 有 5 0 个 齿 , 其 齿 距 角 为

360°/50=7.2°,定 子 每 个 极 距 所 占 的 齿 数

为 不 是 整 数 ,因 此 当 定 子 的 A相 通 电 ,在 转
子 N极 ,磁 极 1的 5个 齿 与 转 子 齿 对 齿 ,旁 边
的B相绕组的磁极2的5个齿和转子齿有1/4
齿 距 的 错 位 ,即 1.8° ,如 图 4所 示 A相 通 电
时 定 转 子 齿 展 开 图 画 圆 圈 的 地 方,A相磁极
3的 齿 和 转 子 就 会 错 位 3.6° ,实 现 齿 对 槽
了 。磁 力 线 是 沿 转 子 N端 → A(1)S磁 极 → 导
磁环→A(3’)N磁极→  转子S端→转子N端,
成 一 闭 合 曲 线 。当 A相 断 电 B相 通 电 时 ,磁
极 2产 生 N极 性 ,吸 合 离 它 最 近 的 S极 转 子 7
齿 ,使 得 转 子 沿 顺 时 针 方 向 转 过 1.8°,实现
磁 极 2和 转 子 齿 对 齿 ,B相 绕 组 通 电 定 转 子
齿 展 开 图 如 图 5所 示 ,此 时 磁 极 3和 转 子 齿
有1/4齿距的错位。依次类推若继续按四拍
的 顺 序 通 电 ,转 子 就 按 顺 时 针 方 向 一 步 一
步 地 转 动 ,每 通 电 一 次 即 每 来 一 个 脉 冲 转
子转过1.8°,即称步距角为1.8°,转子转过
一圈需要360°/1.8°=200个脉冲(见图4、5)。

在 转 子 S极 端 也 是 同 样 道 理 ,当 绕 组 齿

对 齿 时,其 旁 边 一 相 磁 极 错 位 1.8°。

3 步进电机驱动器

步 进 电 机 必 须 有 驱 动 器 和 控 制 器 才 能

正 常 工 作 。驱 动 器 的 作 用 是 对 控 制 脉 冲 进
行 环 形 分 配 、功 率 放 大 ,使 步 进 电 机 绕 组 按
一 定 顺 序 通 电 ,控 制 电 机 转 动 。

步 进 电 机 4 2 B Y G 2 5 0 C 的 驱 动 器 为

SH20403。 为10V～40V直流供电,  A+、A-、

B+、B-端 子 要 连 接 步 进 电 机 的 四 条 引 线 ,
DC+、DC-端 子 接 驱 动 器 工 作 直 流 电 源 ,输

① 作 者 简 介 :侯 艳 霞 (1972－ ),女 ,河 北 吴 桥 ,初 级 ,工 程 硕 士 ,主 要 从 事 PLC控 制 方 面 的 研 究 。

混合式步进电机工作原理及其 PLC 控制

①

侯 艳 霞

( 北京经济管理职业学院    河北固安    0 6 5 5 0 6 )

摘  要: 文章详细叙述了混合式步进电机的工作原理和驱动方法, 并提出了基于S7-2 00 的机械手中的步进电机的控制过程。
关键词: 混合式步进电机    步进电机的控制    PLC    S7 -20 0
中图分类号: T M 7 7

文 献 标 识 码 : A

文章编号: 1 6 7 4 -0 9 8 X(2 0 0 9 )1 0 (a )-0 0 9 6 -0 2

图3     A相通电转子N极端、S极端定转子平衡图

图2     混 合 式 步 进 电 动 机 绕 组 接 线 图

( a )                                       ( b )

图 1  混 合 式 步 进 电 机 的 定 子 (a )和 转 子 (b)