现代步进电机如何工作

步进电机

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。其将电脉冲信号转变为角位移或线位移，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。

步进电机控制系统由步进电机控制器、步进电机驱动器、步进电机三部分组成，步进电机控制器是指挥中心，它发出信号脉冲给步进电机驱动器，而步进电机驱动器把接收到信号脉冲脉冲转化为电脉冲，驱动步进电机转动，控制器每发出一个信号脉冲，步进电机就旋转一个角度，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。控制器可以通过控制脉冲数量来控制步进电机的旋转角度，从而准确定位。通过控制脉冲频率精确控制步进电机的旋转速度。

步进电机的结构及工作原理

通常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。

每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它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。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

我们一般用的步进电机是这样的：

他的结构图一般是这样的：

那么这个AC，BD代表什么呢？步进电机又为什么具有以上的那些特点呢？这就要从步进电机的特殊结构说起。先上一个步进电机内部的结构示意图：

先从这个简单的图分析原理，图中有两组绕组A A-，B B-，可以看出他们分别形成的磁场是相反的，位置也是相对的。这2组绕组对应真实图中的AC和BD。

定子为铁芯，A A-，B B-绕在铁芯上，通电之后产生磁场变成电磁铁，转子为永磁体，磁场将对转自产生吸引或者排斥。

左上图A A-吸引转子，使得转子竖直（此时只有A A-通电）当B B-也通电后，B B-也产生磁场，此时转自将像A B中间区域偏转，具体偏转角度跟A B上电流大小比例有关。

左下图此时A A-断电，B B-继续通电，则转子被吸引到水平位置。

右下图此时A A-反向通电，B B-继续通电，则转自顺时针旋转，重复以上过程，则转子可以进行旋转运动，并控制通电的时机以及顺序，便可以达到控制步进电机旋转角度。

定子铁心：定子铁心为凸极结构，由硅钢片迭压而成。在面向气隙的定子铁心表面有齿距相等的小齿。

定子绕组：定子每极上套有一个集中绕组，相对两极的绕组串联构成一相。步进电动机可以做成二相、三相、四相、五相、六相、八相等。

转子：转子上只有齿槽没有绕组，系统工作要求不同，转子齿数也不同。定转子齿形相同。

原理

当步进电机切换一次定子绕组的激磁电流时，转子就旋转一个固定角度即步距角。步距角一般由切换的相电流产生的旋转力矩得到，所以需要每相极数是偶数。步进电机通常都为两相以上的，当然也有一些特殊的只有一个线圈的单相步进电机。虽说单相，实为一个线圈产生的磁通方向交互反转而驱动转子转动。实用的步进电机的相数有单相、两相、三相、四相、五相。

现在使用的步进电机大部分用永磁转子。普遍使用永久磁铁的原因是效率高，分辨率高等优点。