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步进机电的工作原理综述

步进机电是将电脉冲信号转变为输出轴的角位移或者线位移的开

环控制元件，是纯碎的数字控制电动机，即当步进驱动器接收到一个

脉冲信号，步进机电就按设定的方向转动一个固定的角度(称为步距

角)。

一、步进机电的分类：

(1)反应式步进机电(variablereluctance，VR)

反应式步进机电普通为三相，可实现大转矩输出，步进角普通为

1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进机电的转子磁路由软磁材

料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。反应式

步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小，但动态性能差。

(2)永磁式步进机电(permanentmagnet，PM)

永磁式步进机电普通为两相，转矩和体积较小，步进角普通为7.5

度或者15度，永磁式步进电动机输出力矩大，动态性能好，但步距

角大

(3)混合式步进电动机(hybrid，HB)

混合式步进机电综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，

有时也称作永磁感应子式步进电动机，它的步距角小，出力大，动态

性能好，但结构复杂，成本较高。

由于反应式步进机电的性价比较高，因此这种步进机电的应用非

常广泛，本文以这种步进机电为例，综述步进机电的原理和控制方

法。

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二、反应式步进机电的结构

如上图所示，是一个三相反应式步进机电结构图，从图中可以看出，

它分成转子和定子两部份，定子是由硅钢片叠成，定子上有6个大磁

极，每两个相对的磁极（N、S极）组成一对，共3对。每对磁极都缠

绕同一绕组，也即形成一相，这样三对磁极有3个绕组，形成三相。

可以得出，四相步进机电有4对磁极、4对绕组……以此类推。每一

个磁极的内表面都分布着多个小齿，他们大小相同，间距相同。

转子是由软磁材料制成，其表面也均匀分布着小齿，这些小齿与

定子上的小齿的齿距相同，形状相似。因此它们的齿距角都可以由下

式来计算

9z=2丸/ZZ——转子的齿数

电动机运动的动力来自于电磁力，在电磁力的作用下，转子被强

行推动到最大磁导率（即最小磁阻，定子小齿与转子小齿对齐）的位

置，并处于平衡的状态。对于三相步进机电来说，当某一相的磁极处

于最大磁导位置时，此外两相必须处于非最大磁导位置。把定子小齿

与转子小齿对齐的位置叫对齿，不对齐的位置叫错齿。错齿是步进电

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机能够旋转的前提条件。

三、反应式步进机电的工作原理

如果给处于错齿状态的相通电，则转子在电磁力的作用下向磁导

率最大的位置转动，即向趋于对齿的状态转动。

步进机电步进的过程如图所示，当开关KA合上时，A相绕组通电，

A相磁场建立，使转子转动到A相定子小齿与转子小齿形成对齿,同

时B、C相上的形成错齿。

将A相断电，同时合上KB,使处于错1/3个齿距角的B相通电,并

建立磁场，转子在电磁力的作用下，向与B相成对齿的位置转动，其

结果为，转子转动了1/3个齿距角，B相与转子形成对齿，C相与转

子错1/3个齿距角，A相与转子错2/3个齿距角