• 步进电机的静态指标术语
• 分类
  • 根据结构分类
    • 反应式
    • 永磁式
    • 混合式
  • 根据驱动方式分类
    • 单极性驱动
    • 双极性驱动
      • 细分驱动
• 工作原理
  • 单相通电
  • 双相通电
  • 半步步进
• 时序(两相四线步进电机)
  • 8拍
  • 4拍

步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机。步进电机的最大特点是其“数字性”,对于微 电脑发过来的每一个脉冲信号,步进电机在其驱动器的推动下运转一个固定角度(简称一步)。

步进电机的静态指标术语

• 相数: 产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数。
• 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。以四相电机为例，有四相四拍运行方式即 AB-BC-CD-DA-AB ,四相八拍运行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A 。

• 步距角: 对应一个脉冲信号。theta=360/(转子齿数×运行拍数) 。

• 力矩: 力矩是摩擦力矩(Tf)和惯性力矩(Ti)之和。摩擦力矩(oz-in 或 g-cm)为要求移动一个载荷的力(单位为 oz 或 g)乘以用于驱动载荷的力臂(r)长度(单位为 in 或 cm)。Tf=F×r , 惯性力矩(Ti)是用于加速负载(单位为:g-cm2)而需要的力矩, Ti=I(w/t)Pi×theta×K 。其中，I为转动惯量，w为步进速率，theta为步进角度，K为常数93.73。

分类

根据结构分类

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,步矩角小,但结构复杂、成本相对 较高。

• 最受欢迎的是 两相混合式步进电机 。

根据驱动方式分类

单极性驱动

单极性驱动分为整步驱动和半步驱动两大类。

在任意时刻,只给一个线圈通电,其他 三个线圈都没有被通电,单极性整步驱动比后面介绍的双极性整步驱动的转矩要小。

双极性驱动

双极性驱动分为整步驱动、半步驱动和细分驱动三大类。

此电路和直流电机双方向驱动电路类似, 采用 Q1~Q8 八个三极管组成两个 H 桥,分别驱动 AC、BD 两路线圈,电流方向由 H 桥控制。 。为了降低工作电流,线圈分别串接了 R11 和 R18。和单极性驱动电路相比,双 极性驱动电路更复杂,但转矩更大。

细分驱动

改变定子线圈的电流比例,让 转子在旋转过程中,可以停靠在一个整步中不同位置, 把一个整步分成多个小步来跑。

工作原理

以两相四线(双极性)1.8度步进电机举例：

当其绕组的通电方向顺序按照 AC->BD->CA->DB 四个状态周而复始进行变化,每变化 一次,电机运转一步,即 1.8 度。

单相通电

一个两相电机的典型的步进顺序。在第 1 步中,两相定 子中的 A 相被通电,因异性相吸,其磁场将转子固定在图示位置。当 A 相关闭、B 相被通电时,转子顺时针旋转 90°。在第 3 步中,B 相关闭、A 相被通电,但极性与第 1 步相反,这促使转子再次旋转 90°。在第 4 步中,A 相关闭、B相通电,极性与第 2 步相反。重复该顺序促使转子按 90°的步距角顺时针旋转。

双相通电

更常用的步进方法是“双相通电”,即电机的两相一直通电。但是,一次只能转换一相的极性,两相步进时,转子与定子两相之间的轴线处对直。由于两相一直通电,本方法比“单相通电”步进多提供了 41.1%的力矩,但输入功率为 2 倍。

半步步进

电机也可以转换相位之间插入一个关闭状态而走“半步”。这将步进电机的整个步距角一分为二。例如, 一个 90°的步进电机将每半步移动 45°。但是,与“两相通电”相比,半步进通常导致 15%-30% 的力矩损失(取决于步进速率)。在每交换半步的过程中,由于其中一个绕组没有通电,所以作用在转子 上的电磁力要小,造成了力矩的净损失。

时序(两相四线步进电机)

8拍

4拍