這個步進電機是使用單極性直流電源的1 ~ 4相步進電機。如果在適當?shù)臅r間給步進電機的各相繞組通電，就可以旋轉(zhuǎn)步進電機步進。圖1是這種四相反應式步進電機的工作原理的示意圖。

啟動后，開關SB打開，SA、SC、SD切斷，B相極與轉(zhuǎn)子0、3號齒對齊，轉(zhuǎn)子的1、4號齒在C、D相極繞組上出現(xiàn)錯誤齒，2、5號齒為D。開關SC通電后，SB、SA、SD分離后，在C相繞組的磁力線和1、4號牙齒之間的磁力線的作用下，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。0號、3號、A、B相繞組產(chǎn)生錯誤的牙齒，2號、5號齒產(chǎn)生A、D相繞組的磁極和錯誤的牙齒。如果A、B、C、D四相繞組交替供電，轉(zhuǎn)子將在A、B、C、D方向旋轉(zhuǎn)。

四相步進電機可以根據(jù)供電順序分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍和雙四拍的步角相同，但單四拍的轉(zhuǎn)動力矩較小。八拍工作方式的階躍角度是單四拍和雙四拍的一半，因此八拍工作方式可以保持較高的旋轉(zhuǎn)力矩，提高控制精度。

如圖2.a、B、C所示，單、雙、8位操作的電源電源電源定時和波形分別如圖2所示。列在a、B和C中。

A.單4拍b .雙4拍c 8拍

51單片機驅(qū)動步進電機方法：

驅(qū)動電壓為12V，步進角為7.5度。需要一圈360度，完成48個脈沖！

這款步進電機有6條引線，順序如下：1:紅色、2:紅色、橙色、43360棕色、53360黃色、63360黑色。使用51驅(qū)動的ULN2003方法驅(qū)動。

ULN2003的驅(qū)動直接使用單片機系統(tǒng)的5V電壓，力矩可能不大，因此可以將驅(qū)動器電壓增加到12V。

步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成角位移或線位移的開環(huán)控制元件。如果不是過載，電機的轉(zhuǎn)速、停止位置僅由脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)決定，不受負載變化的影響。也就是說，如果給馬達添加脈沖信號，馬達就會打開階躍角。這種線性關系的存在和步進電機只有周期性誤差，沒有累積誤差等特點。在速度、位置等控制領域，可以用步進電機輕松控制。步進電機被廣泛使用，但步進電機與普通直流電機不一樣，交流電機的使用方式一般。必須有由雙環(huán)脈沖信號、電力驅(qū)動電路等組成的控制系統(tǒng)才能使用。因此，使用好步進電機并不容易。涉及到很多專業(yè)知識，如機械、電機、電子和計算機。目前生產(chǎn)步進電機的廠家確實不少，但擁有專業(yè)技術(shù)人員，可以自行開發(fā)，但開發(fā)商很少，大多數(shù)廠家只有1、20人，連最基本的設備都沒有。只是處于盲目模仿階段。這給家具造成了產(chǎn)品選擇型、使用中的很多麻煩。簽署上述情況，我們決定以大范圍感應子步進電機為例。敘述其基本工作原理。希望能有助于廣大用戶的選擇、使用和整個機器的改進。

二、感應步進電機的工作原理

(a)反應性步進電機

因為反應性步進電機的工作原理比較簡單。下面首先說明三相反應性步進電機的原理。

1.結(jié)構(gòu)：電機轉(zhuǎn)子均勻分布多個小齒，定子齒有三個磁軌道電阻，其幾何軸分別與轉(zhuǎn)子齒軸交錯。0、1/3、2/3、(兩個相鄰的轉(zhuǎn)子齒軸之間的距離是齒距，即a與齒1對齊，b與齒2向右交錯1/3，c與齒3向右交錯2/3，a '與齒5對齊，

2，旋轉(zhuǎn)：當A相電源、B、C相電源不通電時，磁場作用使牙齒1與A對齊(轉(zhuǎn)子在任何力下都是一樣的)。B相通電后，當A、C相不通電時，齒2必須與B對齊。此時，如果轉(zhuǎn)子向右移動三分之一，則齒3和C偏移為三分之一，齒4和A偏移(和-1/3的)=2/3。C相通電后，A、B相不能通電，齒3必須與C對齊。此時，轉(zhuǎn)子再向右移動三分之一。此時，齒4和A偏移將以三分之一對齊和對齊。a相通電后，b、c相不通電，牙齒4與a對齊

，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3て 這樣經(jīng)過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機就每步（每脈沖）1/3て,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C，B，A……通電，電機就反轉(zhuǎn)。 由此可見：電機的位置和速度由導電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應關系。而方向由導電順序決定。 不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BC－C-CA-A這種導電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3て改變?yōu)?/6て。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3て變?yōu)?/12て，1/24て，這就是電機細分驅(qū)動的基本理論依據(jù)。 不難推出：電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉(zhuǎn)子齒軸線偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且導電按一定的相序電機就能正反轉(zhuǎn)被控制——這是步進電機旋轉(zhuǎn)的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。

3、力矩： 電機一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場（磁通量Ф）當轉(zhuǎn)子與定子錯開一定角度產(chǎn)生力F與（dФ/dθ）成正比

其磁通量Ф=Br*S Br為磁密，S為導磁面積 F與L*D*Br成正比 L為鐵芯有效長度，D為轉(zhuǎn)子直徑 Br=N·I/RN·I為勵磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)）R為磁阻。力矩=力*半徑力矩與電機有效體積*安匝數(shù)*磁密 成正比（只考慮線性狀態(tài)）因此，電機有效體積越大，勵磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。

（二）感應子式步進電機

1、特點： 感應子式步進電機與傳統(tǒng)的反應式步進電機相比，結(jié)構(gòu)上轉(zhuǎn)子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉(zhuǎn)過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。 感應子式步進電機某種程度上可以看作是低速同步電機。一個四相電機可以作四相運行，也可以作二相運行。（必須采用雙極電壓驅(qū)動），而反應式電機則不能如此。例如：四相，八相運行（A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A）完全可以采用二相八拍運行方式.不難發(fā)現(xiàn)其條件為C= ,D= . 一個二相電機的內(nèi)部繞組與四相電機完全一致，小功率電機一般直接接為二相，而功率大一點的電機，為了方便使用，靈活改變電機的動態(tài)特點，往往將其外部接線為八根引線（四相），這樣使用時，既可以作四相電機使用，可以作二相電機繞組串聯(lián)或并聯(lián)使用。

2、分類：感應子式步進電機以相數(shù)可分為 ：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。以機座號（電機外徑）可分為：42BYG(BYG為感應子式步進電機代號）、57BYG、86BYG、110BYG、（國際標準），而像70BYG、90BYG、130BYG等均為國內(nèi)標準。

3、步進電機的靜態(tài)指標術(shù)語相數(shù)：產(chǎn)生不同對極N、S磁場的激磁線圈對數(shù)。常用m表示。拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，有四相四拍運行方式即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A.步距角：對應一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關。 雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關，但過份采用減小氣隙，增加激磁安匝來提高靜力矩是不可取的，這樣會造成電機的發(fā)熱及機械噪音。

4、步進電機動態(tài)指標及術(shù)語：

1、步距角精度： 步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角*100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應在5%之內(nèi)，八拍運行時應在15%以內(nèi)。

2、失步： 電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。稱之為失步。

3、失調(diào)角： 轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。

4、最大空載起動頻率： 電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。

5、最大空載的運行頻率： 電機在某種驅(qū)動形式，電壓及額定電流下，電機不帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。

6、運行矩頻特性： 電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。如下圖所示

其它特性還有慣頻特性、起動頻率特性等。 電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬。如下圖所示：

其中，曲線3電流最大、或電壓最高;曲線1電流最小、或電壓最低，曲線與負載的交點為負載的最大速度點。要使平均電流大，盡可能提高驅(qū)動電壓，使采用小電感大電流的電機。