一文详解步进电机

　　步进电机是一种用电脉冲进行控制，将电脉冲(数字信号)转化为角位移的执行机构。

　　通常步进电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。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 (称为步距角)，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

　　步进电机输出的角位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比，改变绕组通电的顺序，电机就会反转。因此：

　　步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差 的特点，广泛应用于各种开环控制。

　　单相步进电机的电磁转矩只在定子电流变换时产生凯时娱乐场体验金，其平均转矩比两相以上的电机小得多，响应脉冲频率也在100pps(pulse per second)以下，故其用途受到很大限制，只能在响应脉冲频率比较低的轻载下运行。例如时钟、车用计时器、水表计数器。

　　三相步进电机定子线圈的主极数为三的倍数，故三相步进电机的定子主极数为3、6、9、12等。

　　转子由 永磁材料构成。PM型转子为内转子型，圆柱形转子的外表面分布N、S极(外表面无齿)。

　　转子由硅钢片或电工纯铁棒等导磁体构成，转子外表面为多齿结构(转子的齿槽在转动时产生磁阻变化凯时娱乐场体验金，故又称为变磁阻电机)。

　　与永磁电机产生磁性吸引转矩和排斥转矩相比，反应式步进电机只产生吸引转矩。

　　下图为反应式步进电机的结构。图中定子上均匀分布了12个磁极，每个磁极相距30°；相差90°的四个线圈组成一相绕组。转子齿数为8，当一相绕组通电时，其定子极吸引转子齿，使气隙磁阻最小，达到静止位置。

　　第一步，为第1相线圈的简化图，剖面线相定子磁极吸引凯时娱乐场体验金，转子齿转到定子磁极之下。

　　第二步，第1相绕组电流关闭，第2相绕组通电，转子逆时针旋转一步(15°=齿节距除以定子相数)，旋转至第2相定子磁极之下停止。

　　第三步，同样给第3相绕组通电，转子同样逆时针旋转15°，与定子第3相磁极相对位置停止。

　　下一刻，第1相绕组又通电，又由步骤3的转子位置逆时针旋转15°到第1相定子磁极下，恢复到第一步状态。

　　特点：结构简单，生产成本低，步距角小凯时娱乐场体验金。但因反应式步进电机不使用永久磁铁，其定转子磁场强度与激磁电流成正比，要想增大磁场强度凯时娱乐场体验金，就需要很大的激磁电流，因此温升很高，散热片也很大，并且动态性能差，效率低，可靠性差。

　　混合式步进电机的名称由其转子结构得来，其转子是PM型转子与VR型转子的复合体。

　　混合式步进电机的转子结构为两个导磁圆盘中间夹着一个永磁圆柱体轴向串在一起，两个导磁圆盘的外圆齿节距相同，与前述的VR型转子结构相同，其两个圆盘的齿错开1/2齿距安装，转子圆柱永磁体轴向充磁，一段为N，另一端为S。

　　这种电机转子与前面叙述的PM型转子从结构来看，PM型转子的N极与S极分布于转子外表面，要提高分辨率，就要提高极对数凯时娱乐场体验金，通常20mm直径的转子可配置24极，如再增加极数，会增大漏磁，降低电磁转矩；而混合式步进电机的转子N极与S极分布在两个不同的软磁圆盘上，因此可以增加转子极数，从而提高分辨率，20mm的直径的转子可配置100极，并且磁极磁化方向为轴向，N极与S极在装配后两极磁化，充磁简单。

　　与转子齿对应的定子极，主极内径有与转子齿节距相同的小齿，与转子齿的磁通在气隙内相互作用，能产生电磁转矩凯时娱乐场体验金。

　　从下图可以看到它其实只有两个独立通电的线圈，也就是说这个步进电机是两相步进电机。

　　这是给线圈A通电，如下图：转子齿是S极，线圈会产生磁场，由于异性相吸，所以红色的定子齿会和转子齿相吸引，由于同性互斥凯时娱乐场体验金，所以黄色的齿会排斥转子齿。

　　磁场发生了变化，定子会发生微小的转动，会转动1.8度，如下图：转子齿是S极，线圈会产生磁场，由于异性相吸，所以蓝色的定子齿会和转子齿相吸引，由于同性互斥，所以绿色的齿会排斥转子齿。

　　值得注意的是，这是半步进的驱动方式，走一步是1.8度，如果是两个线圈同时都通电的话，就是全步进驱动方式了，走一步是0.9度。这样控制更加精确。

　　简单来说，如果步进电机的线圈是可以双向导电的，那么这个步进电机就是双极性的，相反，如果步进电机的线圈是只允许单向导电的，那么这个步进电机就是单极性的。

　　下图的线圈中间导线总是接电源正极（也有总是接电源负极的），通过改变电源接地的位置来改变电磁场，从而改变转子转动角度。

　　下图为单极和双极的两相驱动电路及其电压波形，两相式通常用两相激磁方式(通常两个相同时加激磁电压)。

　　比较单极式与双极式的驱动电路，单极式驱动电路用4个功率管，线圈电流在线圈内单一方向流动。双极式驱动电路使用功率管的个数为单极式的两倍，需要8个，线圈电流在线圈内正反向交替流过，Tr1与Tr4或Tr3与Tr2同时且交替导通，Tr1与Tr3即使短时同时导通，也会造成电源短路，产生很大的电流凯时娱乐场体验金，因此有必要附加防止短路电路。双极式驱动电路比单极式驱动电路复杂很多。

　　下图为单极式步进电机及其线圈不使用中间抽头，两个线圈串联做双极式驱动的单极式与双极式的特性曲线。且均采用同一恒电流驱动方式。

　　由此可看出，一般低速大转矩的负载使用双极式驱动，而高速驱动的负载使用单极式驱动。

　　低速时双极式的输出转矩比单极式约大50%。高速时，因双极式匝数多的原因，电感变大，使电流减小，从而转矩减小。

　　故针对负载的大小、使用速度、加速时间等，有必要合理选择单极式或双极式的驱动应用场合。

　　步进电机分辨率即步进电机转子转一圈(360°)所走的步数，若已知步进电机步距角，可使用360°除以步距角来计算步进电机分辨率。步进电机分辨率越高，位置精度越高。

　　其中，θs为步进电机步距角；P为定子相数；Nr为转子极对数(即转子极数除以2)。

　　注：在反应式步进电机中，步距角不能用上式计算，而是上式的两倍。即分辨率与永磁式及混合式相比，虽然转子齿数相同，但反应式只有一半。

　　上述公式的物理意义为：转子旋转一周的机械角度为360°凯时娱乐场体验金，如用极数2Nr去除，相当于一个极所占的机械角度为180°/Nr。也就是说，一个极的机械角度用定子相数去分割，就得到了步距角，如下图的HS型步进电机所示。

　　又由上式可知，要提高步进电机的分辨率，就要增加转子极对数Nr或增加定子相数P。而增加Nr收到机械加工的限制，所以要制造高分辨率的步进电机需要两种方法并用。

　　是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE在国内没有统一的翻译方式，暂且翻译为定位转矩。

　　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2Nm的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2Nm的步进电机。

　　一般，最大静转矩较大的电机，可以带动较大的负载转矩，负载转矩和最大静转矩的比值通常取为0.3～0.5，即TL=(0.3～0.5)Tjmax。

　　按最大静转矩的值可以把步进电机分为伺服步进电机和功率步进电机，前者输出力矩较小凯时娱乐场体验金，有时需要经过液压力矩放大器或伺服功率放大系统放大后再去带动负载，而功率步进电机的最大静转矩一般大于0.05Nm，它不需要力矩放大装置就能直接带动负载运动，这不仅大大简化了系统，而且提高了传动精度。

　　电动机的性能在很大程度上不仅仅取决于矩角特性的形状，而且取决于矩频特性，首先需要根据计算出的脉冲速度和运行需要的转矩，作出速度一转矩曲线，将该曲线与步进电机生产厂家的矩频特性曲线比较，若计算曲线在产品特性之下，则可选择相应的电机和驱动器，步进电机的动态转矩与驱动器的形式有很大的关系，因而选用时必须了解给出的性能指标是在何种型式的电源及驱动下测定的。

　　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，反电动势越大，在它的作用下，电机相电流随频率(或速度)的增大而减小，从而导致力矩下降。

　　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，启动频率应更低凯时娱乐场体验金。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)。

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　　控制设计 /

　　在设计使用电机的设备时，当然需要选择最适合所需工作的电机。 本文将对有刷电机、步进电机及无刷电机的特点、性能和特性进行比较凯时娱乐场体验金，希望能够成为大家在选择电机时的参考。 但是，由于同一类别的电机中又包括多种规格，因此请仅用作参考。最终还是需要通过各电机的技术规格书来确认详细信息。 小型电机的特点 下表中汇总了步进电机、有刷电机和无刷电机的特点。 步进电机 有刷电机 无刷电机 旋转方法 通过驱动电路按决定电枢绕组各相（有两相、三相、五相）的顺序励磁。 通过电刷和换向器的滑动接触式整流机构，切换电枢电流。 通过用磁极位置传感器和半导体开关代替电刷和换向器的功能来实现无刷。 驱动电路 需要 不需要 需要 转矩 转矩比较大

　　及无刷电机的区别 /

　　0 引 言 随着电力工业迅猛发展，电网规模日益扩大，当电力系统发生故障时，线路两端的继电保护装置所产生的命令信号借助保护设备并经PLC(电力线载波)、光纤等通信通道凯时娱乐场体验金，把跳闸命令信号传送到远端保护屏，用以跳闸、切机或切除负荷，起到故障保护作用，因此凯时娱乐场体验金，保护命令信号的可靠传输对于电网安全稳定运行起着至关重要的作用。 采用PLC通道传输保护命令信号凯时娱乐场体验金，因可靠性高且成本低而被广泛使用。由于PLC信道(线路)传输特性是随时间、地点不断变化的凯时娱乐场体验金，为了在信道低信噪比条件下实现安全、可靠、快速传输保护命令，须重视对数据或信号的处理，尤其是单频信号的产生和单频信号的快速、准确检测。 1 远方保护设备的性能要求 远方保护的工作方式可分为闭锁式、允许

　　硬件设计 代码设计 #include MAIN.H #include LCD1602.h #include PCF8591.h unsigned char code FFW_X ={0x01,0x03,0x02,0x06,0x04,0x0c,0x08,0x09}; //X反转顺序 unsigned char code FFZ_X ={0x09,0x08,0x0c,0x04,0x06,0x02,0x03,0x01}; //X正转顺序 unsigned char code FFW_Y ={0x10,0x30,0x20,0x60,0x40,0xc0,0x80,0x90}; //Y反转顺序 unsigned cha

　　控制系统 /

　　步进电机的驱动原理特别简单就OK了。 以下是用流水灯改进的代码。很垃圾但是可以使用！！！ 仅供测试 #include stm32f10x.h #include delay.h #include sys.h void Delay(u32 count) { u32 i=4000; for(;i count;i++); } int main(void) { int t=500000; GPIO_InitTypeDef GPIO_InitStructure; RCC_APB2PeriphClockCmd(RCC_APB2Periph_GPIO

　　1.12.1.直流电机 1.12.1.1、什么是电机 电机就是电动机，把电能转化成动能 原理：通电导线在磁场中受到力的作用 1.12.1.2、常见电机 (1)交流电机：两相(两根火线)、三相(三根火线)直流电机：永磁(永磁铁)、励磁(电磁铁，线圈磁生电) ：玩具小车里面一般都是直流电机 (3)步进电机、伺服电机(可以精确控制，毫米级别的控制):精确控制尺寸凯时娱乐场体验金，常用在机械的自动化控制。精度：伺服电机 步进电机 1.12.1.3、直流电机详解 (1)外观 磁生电、电生力---这个力是安培力，微观上叫作洛伦兹力！ (2)接线和工作原理 支出来两根线，两个引脚没有正负之分，不同的接法，控制的是里面线圈的转动

　　) /

　　艺术是个常人不好企及的领域，不可能大街上随便抓个人过来就能写出一手王羲之的楷书，画下两笔木心的水墨，所以艺术才能称得上是殿堂。但又有很多人确实有兴趣画上一画凯时娱乐场体验金，可惜囿于天赋，画什么不像什么。   但是，现在科技这么发达，有没有什么办法可以帮我们这些手残党圆个艺术梦呢？当然有，不过这里讨论的不是生物开发方面的技术，什么基因改造大脑激活这种没影的事儿我们不作考虑，而是实实在在的有个现成的方案，机器人。   本文为大家介绍的机器人名叫mDrawBot，共有四个，是一组机器人。这组机器人不仅可以写字作画，甚至绘画的表面也不仅局限在水平平面，竖直的墙壁甚至一只鸡蛋都可以成为mDrawBot的舞台。   为了实现不同的目的，m

　　步进电机是一种作为控制用的特种电机，它的旋转是以固定的角度（称为“步距角”）一步一步运行的，其特点是没有积累误差（精度为百分之100），所以广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动，这种装置就是步进电机驱动器，它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移，或者说：控制系统每发一个脉冲信号，通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。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。 本文主要

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