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两相四线励磁式步进电机工作原理

本章将介绍在嵌入式平台UP－NETARM2410－S中步进电机的实现。步

进电机在各个领域诸如机器人、智能控制、工业控制等方面都有着广泛的应用

空间，本章着重介绍步进电机的工作原理及编程实现步进电机驱动的方法，主

要容如下：

步进电机的概述

步进电机的工作原理

和微处理器的总线连接方式

驱动程序的编程

Linu*下用软件的方法实现步进电机的脉冲分配，用软件的方法代替硬件的脉

冲分配器

1．步进电机概述

步进电机是一种能够将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件，它

实际上是一种单相或多一样步电动机。单相步进电动机有单路电脉冲驱动，输

出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电动机有多相方波脉冲驱

动，用途很广。

使用多相步进电动机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲

信号，在经功率放大后分别送入步进电动机各相绕组。每输入一个脉冲到脉冲

分配器，电动机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度〔称为步距

角〕。

正常情况下，步进电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一

定频率的脉冲时，电动机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受

电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接收数字量的输入，所以

特别适合于微机控制。

1.1步进电机的特性

步进电机转动使用的是脉冲信号，而脉冲是数字信号，这恰是计算机所擅

长处理的数据类型。从20世纪80年代开场开发出了专用的IC驱动电路，今

天，在打印机、磁盘器等的OA装置的位置控制中，步进电机都是不可缺少的

组成局部之一。总体上说，步进电机有如下优点：

1．不需要反响，控制简单。

2．与微机的连接、速度控制〔启动、停顿和反转〕及驱动电路的设计比较简单。

3．没有角累积误差。

4．停顿时也可保持转距。

5．没有转向器等机械局部，不需要保养，故造价较低。

6．即使没有传感器，也能准确定位。

7．根椐给定的脉冲周期，能够以任意速度转__________动。

但是，这种电机也有自身的缺点。

8．难以获得较大的转矩

9、不宜用作高速转动

10．在体积重量方面没有优势，能源利用率低。

11．超过负载时会破坏同步，速工作时会发出振动和噪声。

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1.2步进电机的种类

目前常用的步进电机有三类：

1、反响式步进电动机〔VR〕。

采用高导磁材料构成齿状转子和定子，其构造简单，生产本钱低，步距角可以

做的相当小，但动态性能相对较差。

2、永磁式步进电动机〔PM〕。

转子采用多磁极的圆筒形的永磁铁，在其外侧配置齿状定子。用转子和定子之

间的吸引和排斥力产生转动，转动步的角度一般是7.5。它的出力大，动态性

0

能好；但步距角一般比较大。

3、混合步进电动机〔HB〕。

这是PM和VR的复合产品，其转子采用齿状的稀土永磁材料，定子则

为齿状的突起构造。此类电机综合了反响式和永磁式两者的优点，步距角小，

出力大，动态性能好，是性能较好的一类步进电动机，在计算机相关的设备中

多用此类电机。

2、步进电机的工作原理

现以反响式三相步进电机为例说明其工作原理。

三相步进电机的定子铁心上有六个形状一样的大齿，相邻两个大齿之间的

夹角为60度。每个大齿上都套有一个线圈，径向相对的两个线圈串联起来成

为一相绕组。各个大齿的外表上又有假设干个均匀分布的小齿。

转子是一个圆柱形铁心，外外表上圆周方向均匀的布满了小齿。转子小齿

的齿距是和定子一样的。设计时应使转子齿数能被二整除。但*一相绕组通

电，而转子可自由旋转时，该相两个大齿下的各个小齿将吸引相近的转子小

齿，使电动机转动到转子小齿与该相定子小齿对齐的位置，而其它两相的各个

大齿下的小齿必定和转子的小齿分别错开正负1/3的齿距，形成的齿距，形成齿错位〞，从

而形成电磁引力使电动机连续的____苔K_转动下去。

和反响式步进电动机不同，永磁式步进电动机的绕组电流要求正，反向流

动，故驱动电路一般要做成双极性驱动。混合式步进电动机的绕组电流也要求

正，反向流动,，故驱动电路通常也要做成双极性。

2.1、步进电机的励磁方式

步进电机有2相、4相和5相电机。在4相电机中有4组线圈，假设电流按顺序

通过线圈则使电机产生转动。2相电机中有2组线圈。从图9.3可以发现，在

各线圈中引出中间端子