2011

年第

期

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我国正在使用的步进电动机多为反应式步进电动机,可将步进电

动机分为轴向和径向 2 种。它是一种能够把电脉冲转化为角位移的执
行元件。当步进电动机每通电一次，它就使步进电机转子转过一个固
定的角度(称为“步距角”)，转子的旋转是以固定的角度一步步转动的。
可以通过步进电动机的定子绕组的通电状态，使其转过一个固定的角
度来实现对它精确控制；也可以通过控制通电和断电的频率来控制电
机转动的转速，这样我们就可以对它进行调速。步进电机可以作为一
种控制用的特种电机，因为它有一个特殊的特点就是没有积累误差，
所以它广泛使用在各种开环伺服系统中。

反应式步进电动机因为是三相的，所以能够输出较大的转矩，步

进角一般为 1.5 度，但也带来了不利的因素,造成它的噪声和振动都很
难消除并且影响很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，
定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。

混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。而这种电动

机又有 2 种分别是两相和五相：两相步距角一般为 1.8 度而五相步距
角一般为 0.72 度。混合式步进电机具有更多的功能和优点所以其应
用也非常之多，如何选用还要了解它的一些基本参数，这样不但能够
完成需要的工作还节约了成本，避免造成不必要的浪费。

混合式步进电机的基本参数有如下几个

1.1 电动机固有步距角

它表示电动机每收到一个脉冲信号，转子转动的角度。电动机在

出厂后铭牌上会写出步距角的值，如 86BYG250A 型电机给出的值为

0.9°/1.8°（表示半步工作时为 0.9°、整步工作时为 1.8°），这个步距角就

是我们说的 ‘电机固有步距角’，它并不是实际电动机的步距角，而实
际步距角受驱动器的影响。

1.2 步进电动机的相数

是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相

步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为

0.9°/1.8°、三相的为 0.75°/1.5°、五相的为 0.36°/0.72°。在没有细分驱动

器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要
求。如果使用细分驱动器，则‘相数’将变得没有意义，用户只需在驱动
器上改变细分数，就可以改变步距角。

1.3 保持转矩

是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步

进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转
矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也
随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要的
参数之一。比如，当人们说 2N.m 的步进电机，在没有特殊说明的情况
下是指保持转矩为 2N.m 的步进电机。

步进电机的一些特点：
（

1）一般步进电机的精度为步进角的 3-5%，且不累积,步距角越

小对数控机床的控制精度就越高。

（

2）步进电机外表允许的最高温度。步进电机温度过高首先会使

电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表
允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁
性材料的退磁点都在摄氏 130 度以上，有的甚至高达摄氏 200 度以
上，所以步进电机外表温度在摄氏 80-90 度完全正常。

（

3）步进电机的力矩会随转速的升高而下降。当步进电机转动时，

电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势
越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而
导致力矩下降。

（

4）步进电机低速时可以正常运转,但若高于一定速度就无法启

动,并伴有啸叫声。步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进
电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该
值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启
动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过
程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速
从低速升到高速）。

步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用

途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，
步进电机将会在更多的领域得到应用。

步进电动机有以下分类方式

按力矩产生原理分为:反应式,励磁式。
按输出力矩大小：伺服式，功率式。
按定子式：单定子式,双定子式,三定子式,多定子式。

永磁式步进电机工作原理简述

永磁式步进电动机是一个永久磁铁电动子, 卷绕并且磁性地导电

性定子。通电导线形成一个磁场，定子磁场分布的改变，定子在磁
场的作用下转动来带动负载。

步进电动机作用原理：一个两相绕阻。两相绕阻中的 A 向通电产

生磁场，因为转子受定子磁极吸引由向 A 向绕阻转动。然后对 B 向绕
阻通电，使转子由 A 向绕阻向 B 向绕阻转动，即转子随磁场方向转
动。磁场转到 A 向绕阻，转子由 B 向绕阻向 A 向绕阻转动。重覆以上
这个过程。每使电动机转子顺时针转过 90 度，即步进电机向前进一步
（一个步距角）。

步进电机与其他类型电动机的区别与联系

步进电机与交流伺服电动机的性能比较：
步进电机与伺服电动机同样属于执行电动机，同样是将电信号转

变为机械信号。其控制方式也基本相似，同样是用脉冲串和方向信号
实现电机控制。但在性能和应用场合上存在较大差异：

4.1 控制精度不同

步进电机的控制精度由步距角决定，电机 P（步进电机相数）值受

物理条件限制，而交流伺服电动机的控制精度则是由一个旋转编码器
保证，由脉冲当量控制，能够实现较高的精度。

4.2 输出力矩不同

步进电机的输出力矩会随电机转速升高而下降，且在较高转速时

会急剧下降，而交流伺服电机为恒力矩输出。

4.3 过载能力不同

步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能

力。步进电机因为没有过载能力，在选型时为了克服惯性力矩，往往需
要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转
矩，便出现了力矩浪费的现象。

4.4 运行性能不同

启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速

过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问
题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈
信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的
丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

4.5 速度响应性能不同

步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要 200～

400 毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，从静止加速到其额定转速

3000RPM 有的仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

科

【参考文献】（下转第

164 页）

浅析步进电机的工作原理

陈启锐

（天水师范学院工学院

甘肃

天水

741000

）

【摘

要】随着工业的快速发展。在当今的生活生产中，人们对电动机这门学科的知识需要有足够的了解。而步进电动机是系统中的执行元

件，在机电一体化产品中有着关键作用,大量使用在各行各业自动化控制系统里。随着数控技术的发展，在各个国民经济领域中对步进电动机
的需求日益增多。

【关键词】步进电动机

;工作原理;反应式步进电机

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高教论述

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