物理与电子工程系《电子设计与实践》电机控制接口与驱动电路分析2012年春第1页，共19页，星期日，2025年，2月5日2012年春一、步进电机概述1、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元件。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，它就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”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。由于脉冲信号数与步距角的线性关系，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点，使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。第2页，共19页，星期日，2025年，2月5日2012年春2、分类现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR）、永磁式步进电机（PM）、混合式步进电机（HB）和单相式步进电机等。感应子式电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一,广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民经济领域都有应用。第3页，共19页，星期日，2025年，2月5日2012年春3、基本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。第4页，共19页，星期日，2025年，2月5日2012年春开始时，开关SB接通电源，SA、SC、SD断开，B相磁极和转子0、3号齿对齐。同时，转子的1、4号齿就和C、D相绕组磁极产生错齿，2、5号齿就和D、A相绕组磁极产生错齿。第5页，共19页，星期日，2025年，2月5日2012年春当开关SC接通电源，SB、SA、SD断开时，由于C相绕组的磁力线和1、4号齿之间磁力线的作用，使转子转动，1、4号齿和C相绕组的磁极对齐。而0、3号齿和A、B相绕组产生错齿，2、5号齿就和A、D相绕组磁极产生错齿。第6页，共19页，星期日，2025年，2月5日2012年春依次类推，A、B、C、D四相绕组轮流供电，则转子会沿着A、B、C、D方向转动。反之，依次D、C、B、A四相绕组轮流供电，则转子会沿着D、C、B、A方向转动。 电机转子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。第7页，共19页，星期日，2025年，2月5日2012年春4、工作方式四相步进电机按照通电顺序的不同，可分为：单四拍双四拍八拍三种工作方式。第8页，共19页，星期日，2025年，2月5日2012年春单四拍双四拍八拍励磁序列ABCD励磁序列ABCD励磁序列ABCD100011001000010001101100001000110100000110010110100011000010010001100011001000110001000110011001 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。第9页，共19页，星期日，2025年，2月5日2012年春单四拍双四拍八拍第10页，共19页，星期日，2025年，2月5日2012年春单四拍双四拍八拍励磁序列ABCD励磁序列ABCD励磁序列ABCD10001100100001000110110000100011010000011001