代码收藏家技术教程 2022-12-26

步进电机：工作原理探究

什么是步进电机

步进电机是将电脉冲信号，转变为角位移或线位移的开环控制电机，又称为脉冲电机。在非超载的情况下，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。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时，它就可以驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”。

步进电机的组成

步进电机组成最主要的就是转子和定子部分

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定子，就是由电流控制磁场方向，满足安培右手螺旋定律，步进电机的电流流过定子产生磁场的过程叫做励磁。

转子，被定子环绕在中间受定子磁场变化产生转动

步进电机的原理

电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组会产生对应的矢量磁场。由于同极互斥，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。如果定子生成的矢量磁场旋角度变了，那转子的角度也会随着该磁场的变化而变化。所以每输入一个电脉冲，电机就会转动一个角度前进一步。

带转子齿是怎么实现转动的

给定子绕组通电时，转子齿偏离定子齿一个角度。
由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，
当转子转到与定子齿对齐位置时，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。由此可见：错齿是助使步进电机旋转的根本原因!!!

步进电机的工作方式

相关概念

“相”－绕组的个数
“齿距角” －转子相邻两齿的夹角
“拍”－绕组的通电状态。如：三拍表示一个周期共有3种通电状态，六拍表示一个周期有6种通电状态，每个周期步进电机转动一个齿距角。
“步距角”－转子每拍转动的角度
步距角θ＝360/(NZ)
N：步进电机的拍数 Z：转子的齿数。
(注意:齿距角和步距角不一样)

结论：步距角反映出步进电机的精度，步距角越小，该步进电机能够输出的单位位移量越小。步距角与电机本身结构（转子齿数）和工作方式（拍数）有关

工作方式

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步进电机28BYJ-48名称含义：

28：表示步进电机的有效最大外径为28毫米
B: 表示步进电机“步”字汉语拼音首字母
Y：表示永磁式“永”字汉语拼音首字母
J：表示减速型“减”字汉语拼音首字母
BYJ: 组合即为永磁式减速步进电机
48：表示四相八拍
5V：表示额定电压为5V，且为直流电压

步进角：5.625度，就是1个脉冲信号转5.625度，64个信号转360度。
减速比：1/64，电机壳里边的电机转64圈，电机壳外边的部分转1圈。
四相：ABCD四相(电机定子上有8个齿，相对的2个齿是1相)，
八拍：(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)。
一拍就是一个脉冲信号，完成一个循环用8个脉冲信号。
当通电状态的改变完成一个循环时，转子转过一个齿距。转8个齿距就是一圈，8×8=64
64拍，64个脉冲信号转一圈360度。

我们使用的28BYJ-48是一种4 相 5 线的步进电机，是减速步进电机，减速比为 1：64，步进角为 5.625/64 度。如果需要转动1圈，那么需要360/5.625*64=4096 个脉冲信号。四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为单四拍（单拍）、双四拍(双拍)、八拍三种工作方式。单四拍与双四拍的步距角相等，但单四拍的转动力矩小。八拍工作方式的步距角是单四拍与双四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持较高的转动力矩又可以提高控制精度。

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