【步进电机相序怎么区分】步进电机工作原理

这个步进电机是使用单极性直流电源的1 ~ 4相步进电机。如果在适当的时间给步进电机的各相绕组通电，就可以旋转步进电机步进。图1是这种四相反应式步进电机的工作原理的示意图。

启动后，开关SB打开，SA、SC、SD切断，B相极与转子0、3号齿对齐，转子的1、4号齿在C、D相极绕组上出现错误齿，2、5号齿为D。开关SC通电后，SB、SA、SD分离后，在C相绕组的磁力线和1、4号牙齿之间的磁力线的作用下，转子旋转，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。0号、3号、A、B相绕组产生错误的牙齿，2号、5号齿产生A、D相绕组的磁极和错误的牙齿。如果A、B、C、D四相绕组交替供电，转子将在A、B、C、D方向旋转。

四相步进电机可以根据供电顺序分为单四拍、双四拍、八拍三种工作方式。单四拍和双四拍的步角相同，但单四拍的转动力矩较小。八拍工作方式的阶跃角度是单四拍和双四拍的一半，因此八拍工作方式可以保持较高的旋转力矩，提高控制精度。

如图2.a、B、C所示，单、双、8位操作的电源电源电源定时和波形分别如图2所示。列在a、B和C中。

A.单4拍b .双4拍c 8拍

51单片机驱动步进电机方法：

驱动电压为12V，步进角为7.5度。需要一圈360度，完成48个脉冲！

这款步进电机有6条引线，顺序如下：1:红色、2:红色、橙色、43360棕色、53360黄色、63360黑色。使用51驱动的ULN2003方法驱动。

ULN2003的驱动直接使用单片机系统的5V电压，力矩可能不大，因此可以将驱动器电压增加到12V。

步进电机是将电脉冲信号转换成角位移或线位移的开环控制元件。如果不是过载，电机的转速、停止位置仅由脉冲信号的频率和脉冲数决定，不受负载变化的影响。也就是说，如果给马达添加脉冲信号，马达就会打开阶跃角。这种线性关系的存在和步进电机只有周期性误差，没有累积误差等特点。在速度、位置等控制领域，可以用步进电机轻松控制。步进电机被广泛使用，但步进电机与普通直流电机不一样，交流电机的使用方式一般。必须有由双环脉冲信号、电力驱动电路等组成的控制系统才能使用。因此，使用好步进电机并不容易。涉及到很多专业知识，如机械、电机、电子和计算机。目前生产步进电机的厂家确实不少，但拥有专业技术人员，可以自行开发，但开发商很少，大多数厂家只有1、20人，连最基本的设备都没有。只是处于盲目模仿阶段。这给家具造成了产品选择型、使用中的很多麻烦。签署上述情况，我们决定以大范围感应子步进电机为例。叙述其基本工作原理。希望能有助于广大用户的选择、使用和整个机器的改进。

二、感应步进电机的工作原理

(a)反应性步进电机

因为反应性步进电机的工作原理比较简单。下面首先说明三相反应性步进电机的原理。

1.结构：电机转子均匀分布多个小齿，定子齿有三个磁轨道电阻，其几何轴分别与转子齿轴交错。0、1/3、2/3、(两个相邻的转子齿轴之间的距离是齿距，即a与齿1对齐，b与齿2向右交错1/3，c与齿3向右交错2/3，a '与齿5对齐，

2，旋转：当A相电源、B、C相电源不通电时，磁场作用使牙齿1与A对齐(转子在任何力下都是一样的)。B相通电后，当A、C相不通电时，齿2必须与B对齐。此时，如果转子向右移动三分之一，则齿3和C偏移为三分之一，齿4和A偏移(和-1/3的)=2/3。C相通电后，A、B相不能通电，齿3必须与C对齐。此时，转子再向右移动三分之一。此时，齿4和A偏移将以三分之一对齐和对齐。a相通电后，b、c相不通电，牙齿4与a对齐

，转子又向右移过1/3て 这样经过A、B、C、A分别通电状态，齿4（即齿1前一齿）移到A相，电机转子向右转过一个齿距，如果不断地按A，B，C，A……通电，电机就每步（每脉冲）1/3て,向右旋转。如按A，C，B，A……通电，电机就反转。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A这种导电状态，这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合，使其1/3て变为1/12て，1/24て，这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出：电机定子上有m相励磁绕阻，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。

3、力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量Ф）当转子与定子错开一定角度产生力F与（dФ/dθ）成正比

其磁通量Ф=Br*S Br为磁密，S为导磁面积 F与L*D*Br成正比 L为铁芯有效长度，D为转子直径 Br=N·I/RN·I为励磁绕阻安匝数（电流乘匝数）R为磁阻。力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密 成正比（只考虑线性状态）因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。

（二）感应子式步进电机

1、特点： 感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为C= ,D= . 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。

2、分类：感应子式步进电机以相数可分为 ：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）可分为：42BYG(BYG为感应子式步进电机代号）、57BYG、86BYG、110BYG、（国际标准），而像70BYG、90BYG、130BYG等均为国内标准。

3、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。常用m表示。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.步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用θ表示。θ=360度（转子齿数J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为50齿电机为例。四拍运行时步距角为θ=360度/（50*4）=1.8度（俗称整步），八拍运行时步距角为θ=360度/（50*8）=0.9度（俗称半步）。定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的）静转矩：电机在额定静态电作用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过份采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。

4、步进电机动态指标及术语：

1、步距角精度： 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差/步距角*100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在5%之内，八拍运行时应在15%以内。

2、失步： 电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。称之为失步。

3、失调角： 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。

4、最大空载起动频率： 电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。

5、最大空载的运行频率： 电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。

6、运行矩频特性： 电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。如下图所示

其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。 电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。如下图所示：

其中，曲线3电流最大、或电压最高;曲线1电流最小、或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。