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步进电机

步进电机和普通电动机不同之处是步进电机接受脉冲信号的控制。步进电机可以直接

接受数字信号,不需要进行数字与模拟量的转换,具有高精度快速启停能力。

在非超载的情况下，步进电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲

数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一

线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位

置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。

一、步进电机的结构和工作原理

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），如下图所示。如接收到一串脉冲步进电机将连续运转一段相应

距离。同时可通过控制脉冲频率，直接对电机转速进行控制。

步进电机在构造上有三种主要类型：反应式（VariableReluctance，VR）、永磁式

（PermanentMagnet,PM）和混合式(HybridStepping,HS)。

•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。

混合型，因具有高精度、高转矩、微小步进角和数个优异的特征，所以刚开始在OA

关系，其它的分类上也大幅的被使用，特别是在生产量上大半是使用在盘片记忆关系的磁

头转送上。

按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。

单定子径向分相反应式步进电机结构原理图

最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，

配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步矩角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步

矩角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步矩角可细分达256倍（0.007°）。由于摩擦力

和制造精度等原因，实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度

和效果。

五相混合式步进电机应用也比较广泛，其步进角一般为0.72度。

1.基本结构

2.工作原理

简单的讲，步进电机驱动器根据外来的脉冲，通过其内部的逻辑电路控制步进电机的

绕组按一定的次序正反通电，从而实现其运转。以两相1.8度步进电机为例，其主要分为4

线（双极性），6线（单极性）两种方式：

4线（双极性）电机，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。

6线（单极性）电机，当其绕组的通电方向顺序按照OA-OB-OC-OD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。

二、步进电机的术语

1.相数：产生不同对极N、S磁场的激磁线圈对数，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°。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。目前应用最广泛的是两相和四相，四

相电机一般用作两相，五相的成本较高。

2.拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用n表示，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.

3.步：当某组绕组通电时,每来一个脉冲电压,如果这时定子的小齿与转子没有对齐，则

在磁场的作用下转子将转动一个步距角(称为一步)，使转子齿与定子齿对齐，从而使步进

电机向前“走”一步。

三、步进电机工作过程

1.脉冲信号的产生:

脉冲信号一般由CPU或单片机产生的，一般脉冲信号的比