步进电机传感器 图文讲解步进电机的类型结构与原理，非专业人士也能看懂

图文讲解步进电机的类型结构与原理，非专业人士也能看懂

大家好，欢迎收看直观机械，今天我们来一起看一看步进电机的基本结构和原理。

在工业自动化中，步进电机的应用非常的广泛。例如工业机器人、3D打印机、计算机硬盘等都有步进电机的身影。步进电机的特殊性在于它可以控制转子的角度位置，而不需要传感器来控制位置，因此是一种开环控制系统。与直流无刷电机相似，他们都是通过控制线圈的通电时序，使磁铁之间产生相互作用的力来旋转。

根据步进电机的构造，可以分为永磁式、反应式和混合式3种。目前最常用的是混合式步进电机，因为它综合了永磁式和反应式的优点。我们先通过永磁式步进电机来了解一些其结构和控制原理，然后进一步了解反应式和混合式步进电机的结构和控制原理。

为了增大磁感应强度，减少涡轮损失，步进电机的转子和定子框架都是由高磁导率的硅钢片叠成。在定子框架上有4个定子齿，将其绕上两组线圈并通电后，根据电磁感应原理，此时线圈就变成了电磁铁。

根据右手定则，一端会变成N极一端会变成S极，这种极性的变化可以通过改变电源的正负极来实现转换。如果将电源的正负极转换加上一定的规律性，定子部分就行形成一个旋转的磁场，这样转子就会随着旋转的磁场而转动。而转子的转动有一个很重要的参数，那就是：步距角。步距角就是一个脉冲信号转子转过的角度，其计算公式为：360度除以括号转子齿数乘以运行拍数（永磁体齿数可以认为为1）。此步进电机的步距角为90度。

步进电机并不能直接接电源工作，因为步进电机的是通过脉冲信号来控制器工作的，因此步进电机的工作需要驱动器来控制。通过PLC编程控制脉冲的数量和频率以及电机各相绕组的功率顺序，控制步进电机的旋转。步进电机的驱动方式有3种，即满步、半步以及微步驱动。而根据通电相数，满步驱动又分为单相满步驱动和双相满步驱动两种，这个看图片我们就很容易能看懂。

半步驱动就是一次只驱动半个步距，它是通过单双电交替通电实现的。当单相通电时，一个线圈产生磁场，转子指向通电的线圈，而当双相通电时，两个线圈都产生磁场，合成的磁场使转子处于中间位置。大家可以看图片理解一下。

微步驱动其实也不难理解。随着电流的大小变化，线圈磁场的强度也会随之变化，转子的平衡位置也会发生变化，这就是微步驱动的原理。A线圈开始有最大电流，B线圈电流为0，转子指向A线圈。如果A线圈电流慢慢减小，B线圈电流慢慢增大，转子就会慢慢的转向B线圈。宏观来看，A、B线圈的电流变化都接近于三角函数曲线。电流每一步变化的大小，则决定了微步运动的大小。虽然步数越多，运动越平滑，但是扭矩也会相应的减小。

反应式步进电机的转子是由软性材料制作而成的，转子上有多个凸极，这样线圈通电时，才会吸引转子旋转。这类电机结构简单，成本低，但是动态性能差，可靠性不好，因此很少使用。

目前最常用的是混合式步进电机，这类电机综合了以上两种电机的优点。步距角小，力矩大，动态性能好。混合式步进电机的转子比较特殊，它是由两个带齿钢杯装在永磁铁的中心轴上组成的。转子一端N极一端为S极，N及与S极齿牙是错位的。常用的混合式步进电机为1.8度步距角，转子有50齿，而定子只有48齿，分为8个主极。如果将这8个主极分为4对，我们会发现其中1对定子与转子的齿牙是完全对齐的，一对定子与转子的齿牙是错牙的，另外两组的定子与转子的齿牙则是半对齐的。当给定子一个脉冲信号时，定子磁场发生变化，转子就会轻微移动以便与定子齿位对齐，在全驱动情况下，每次移动都是一个凹齿或者凸齿的一半，这个角度就是1.8度。如果是半步驱动的话，这个角度会进一步减小，也就是0.9度。

以上就是步进电机的基本原理，不知道大家看懂了没呢？

步进电机和交流伺服电机性能综合比较，以及绝缘性能检测分析

步进电机是一种将电脉冲信号转化为角位移或线位移的步进运动执行机构，用来实现连续的、稳定的、高精度的步进运动。步进电机具有

步进电机有两种：直流电动机和交流电动机 ，是将电能转换为机械能，实现角位移或线位移的电机。步进电机的驱动系统由驱动器和电机组成，通常采用脉冲宽度调制 （PWM）方式来控制驱动器中的电压和电流，以实现对步进电机的驱动。

交流伺服电机是一种具有位置、速度和转矩 三个独立控制环节的机电一体化产品，它采用数字信号控制，可以实现位置和转矩等控制参数的闭环调节，并可根据输入信号的不同进行不同程度的无级调速。

步进电机和交流伺服电机的基本原理和结构

步进电机是利用电子线路产生一个脉冲信号（通常为1/3或1/4脉冲），驱动电机转动的机构。其基本工作原理是：当脉冲信号加在电机转子上时，由于转子与定子绕组之间存在有角度（或称位移），转子便以固定的转速旋转，形成了感应电势。

感应电势通过导线与直流电相连接，当脉冲信号停止时，感应电势也随之消失。直流电再通过另一根导线与控制电路相连接。

在控制电路中，通常以脉冲数来表示脉冲的个数，一个脉冲表示为0或1的整数倍 。通常步进电机的进给精度可以达到0.01度左右（1步），对定位精度要求高的场合步进电机精度可达到0.01 mm （100步）。

交流伺服电机是将电能转换为机械能 的装置，主要由驱动电路、控制电路、测量电路三部分组成。在其输出轴上安装有交流编码器，可通过测量输入电信号（脉冲）的数目和极性来确定其输出电压（频率或幅值）的大小和方向。

通过控制电流的大小来改变交流伺服电机的转速。交流伺服电机还可以通过位置传感器和编码器实现对电机位置和速度的反馈。

步进电机是将电脉冲信号转换成角位移或线位移的电动机；步进电机有两种：直流电机和交流电机。直流电动机的转速由转矩脉动而定，不能高速旋转；交流电动机是将交流电变为直流电，再经过整流、滤波等电路将电压降为直流电再变回交流电。

交流伺服电机 是一种具有位置、速度和转矩 等独立控制环节的机电一体化产品，它采用数字信号控制（DSP），具有位置、转矩等控制参数可以进行闭环调节，并可根据输入信号的不同进行不同程度的无级调速。

其特点是体积小、重量轻、效率高、性能稳定可靠，可在各种恶劣环境下使用 。交流伺服电机常与位置传感器或编码器配合使用，以提高系统精度和响应速度。

步进电机和交流伺服电机响应速度比较

在伺服驱动系统中，步进电机和交流伺服电机都有各自的响应速度。交流伺服电机响应速度要快于步进电机。通常情况下，在较高的开环转速下，步进电机可以达到很高的响应速度，但在较低的开环转速下，交流伺服电机的响应速度又会很快。

在许多应用中，步进电机可以实现极高的运动精度。从机械角度来看，步进电机在低速时有很好的跟随性能。它可以保证在低速时有很好的速度精度。因此，步进电机适用于大多数需要高运动精度的应用场合。

交流伺服电机具有非常快的响应速度，而且是无极调速 ，因此它可以广泛应用于很多行业。此外，交流伺服电机在高速时运行平稳可靠，在高速运行时不会出现打滑现象。由于其响应速度快，因此交流伺服电机可以广泛应用于高精度、高速度的场合中。

步进电机和交流伺服电机各有其优点和缺点：

1.步进电机具有较高的定位精度；

2.步进电机易于维护；

3.步进电机过载能力较弱；

4.步进电机控制系统比较复杂；

5.步进运动需要高精度位置检测。

步进电机具有较高的定位精度 ：步进电机可以按照一定的规律控制步距角，从而实现高精度定位。当速度较低时，它可以保持较好的跟随性能，而且可以达到较高的定位精度。

当步进电机转子处于静止状态时，步进电机可以通过位置传感器检测转子的位置。当转子开始运动后，位置传感器会检测到步进电机的转轴已经开始旋转。此时，步进电机可以通过自身的力矩控制方式来实现高精度定位 。

由于步进电机具有高定位精度和快速响应能力，因此它可以应用于一些需要快速响应和高精度定位的领域中。

对于一些要求快速响应和高精度定位的应用，步进电机是一个很好的选择。例如在航空航天领域中，步进电机可以用于飞行器姿态控制；在医疗领域中，步进电机可以用于外科手术器械控制等。

步进电机易于维护 ：步进电机的维护相对简单，因为步进电机没有复杂的机械部件。由于步进电机采用数字控制技术，它可以根据设定的速度和转角进行精确的控制。

因此，步进电机可以实现较高的定位精度，但对步进电机的维护也相对简单。步进电机一般采用脉冲控制方式，只需要调节脉冲电压的大小就可以实现步进电机的运转。只要对脉冲电压进行适当调整，就可以实现较高的定位精度。

交流伺服电机的控制系统比较复杂，因为步进电机需要通过一些简单的机械部件进行驱动。因此，为了确保步进电机运行平稳可靠，步进电机需要一个良好的控制系统来保证步进电机稳定地运行。此外，步进电机不能承受过载，因此其运行时必须安装防转矩装置。

对于交流伺服驱动系统来说，为了实现步进运动的精度要求，一般需要采用闭环控制方式。这种控制方式需要设计复杂的控制器。

步进电机和交流伺服电机应用的前景

步进电机与交流伺服电机在机械制造行业的应用，使其成为了这两种驱动方式的首选。从产品本身来讲，交流伺服电机的精度更高、控制性能更好、负载能力更强；从应用范围来讲，交流伺服电机具有更好的可扩展性和通用性，步进电机在一些行业领域仍将占据主导地位。

在中国经济快速发展的大背景下，对于步进电机和交流伺服电机的应用将会越来越广泛，随着工业4.0时代的到来，工业自动化及机器人技术的发展，使得步进电机与交流伺服电机在机械制造领域得到了更加广泛地应用。

步进电机作为一种基础机械设备，其应用在机械制造行业中起到了不可替代的作用。但其在我国现阶段仍然有很大的发展空间，尤其是在高精度、高速度、高扭矩等方面。从技术角度来讲，交流伺服电机在这几个方面都具有明显优势。

随着我国经济与科技的发展，相信随着我国对于环保和节能的重视程度不断提升，工业自动化与机器人技术、数控技术和控制技术将得到更快、更好地发展。步进电机和交流伺服电机作为机械制造行业中不可替代的两大驱动装置将会被更广泛地应用。

步进电机和交流伺服电机各有特点，在一些特定领域里，两者各有优势，有些领域步进电机可能会更适合 。在某些应用领域，比如医疗领域，步进电机可能更合适。如果步进电机在医疗领域很好地发挥其作用，那么就不需要使用伺服电机。这也是为什么步进电机会比伺服电机价格更贵的原因。

由于交流伺服电机具有位置、速度和转矩三个独立控制环节，可以通过数字信号直接对其进行控制，不需要再对其进行模拟控制；而步进电机则需要通过模拟信号对其进行控制。所以从总体上来说，交流伺服电机的定位精度要比步进电机更高。 从这个角度来说，交流伺服系统应该是更好的选择。

步进电机是一种将电脉冲信号转化为角位移或线位移的步进运动执行机构，用来实现连续的、稳定的、高精度的步进运动。步进电机具有结构简单、体积小、重量轻、噪声低、可靠性高等特点 。

步进电机有两种：直流电动机和交流电动机 ，是将电能转换为机械能，实现角位移或线位移的电机。步进电机的驱动系统由驱动器和电机组成，通常采用脉冲宽度调制 （PWM）方式来控制驱动器中的电压和电流，以实现对步进电机的驱动。

交流伺服电机是一种具有位置、速度和转矩 三个独立控制环节的机电一体化产品，它采用数字信号控制，可以实现位置和转矩等控制参数的闭环调节，并可根据输入信号的不同进行不同程度的无级调速。

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