步进电机单三拍通电方式的基本原理_物理_自然科学_专业资料。步进电机单三拍通电方式的基本原理 随着生产过程机械化、电气化和自动化的不断发展，出现了各种类型的特种 电动机。这些电动机的工作原理，一般与普通的异步电动机和直流电动机的基本原理近似， 但是它们在性能、

　　步进电机单三拍通电方式的基本原理 随着生产过程机械化、电气化和自动化的不断发展，出现了各种类型的特种 电动机。这些电动机的工作原理，一般与普通的异步电动机和直流电动机的基本原理近似， 但是它们在性能、结构、生产工艺上各有其特殊性，多用于自动控制过程中。一般来说， 这些电动机的功率不大，小的只有几分之一瓦，大的也不过几十瓦或几百瓦，属于微型电 动机的范围。 步进电动机 一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。每输入一 个冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线 电动机）。因此步进电动机是一种把脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。 步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电 脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号， 输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。 随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。 步进电动机的种类很多，按结构可分为反应式和激励式两种；按相数分则可分为单相、两 相和多相三种。 图 1 反应式步进电动机的结构示意图 图 1 是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕 组。两个相对的磁极组成一组，联法如图所示。 下面介绍反应式步进电动机单三拍、六 拍及双三拍通电方式的基本原理。 一、单三拍通电方式的基本原理 设 A 相首先通电（B、C 两相不通电），产生 A-A′轴线方向的磁通，并通过转子形成闭 合回路。步进电机这时 A、A′极就成为电磁铁的 N、S 极。在磁场的作用下，转子总是力图转到 磁阻小的位置，也就是要转到转子的齿对齐 A、A′极的位置（图 2a）；接着 B 相通电 （A、C 两相不通电），转了便顺时针方向转过 30°，它的齿和 C、C′极对齐（图 2c）。 不难理解，当脉冲信号一个一个发来时，如果按 A→C→B→A→…的顺序通电，则电机转 子便逆时针方向转动。这种通电方式称为单三拍方式。 图 2 单三拍通电方式时转子的位置二、六拍通电方式的基本原理 设 A 相首先通电，转子齿与定子 A、A′对齐（图 3a）。然后在 A 相继续通电的情况下接 通 B 相。这时定子 B、B′极对转子齿 2、4 产生磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是 A、 A′极继续拉住齿 1、3，因此，转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图 3b 所示，即转子从图(a)位置顺时针转过了 15°。接着 A 相断电，B 相继续通电。这时转子 齿 2、4 和定子 B、B′极对齐（图 c），转子从图(b)的位置又转过了 15°。其位置如图 3d 所示。这样，如果按 A→A、B→B→B、C→C→C、A→A…的顺序轮流通电，则转子便顺 时针方向一步一步地转动，步距角 15°。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个 齿距角。如果按 A→A、C→C→C、B→B→B、A→A…的顺序通电，则电机转子逆时针方 向转动。这种通电方式称为六拍方式。 三、双三拍通电方式的基本原理 如果每次都是两相通电，即按 A、步进电机B→B、C→C、A→A、B→…的顺序通电，则称为双三 拍方式，从图 3b，和图 3d 可见，步距角也是 30°。因此，采用单三拍和双三拍方式时转 子走三步前进了一个齿距角，每走一步前进了三分之一齿距角；采用六拍方式时，转子走 六步前进了一个齿距角，每走一步前进了六分之一齿距角。因此步距角θ 可用下式计算： θ ＝360°/(Zr×m) 式中 Zr 是转子齿数；m 是运行拍数。步进电机 一般步进电动机常见的步距角是 3°或 1．5°。由上式可知，转子上不只 4 个齿（齿距 角 90°），而有 40 个齿（齿距角为 9°）。为了使转子齿与定子齿对齐，两者的齿宽和齿 距必须相等。因此，定子上除了 6 个极以外，在每个极面上还有 5 个和转子齿一样的小齿。 步进电动机的结构图如图 4 所示。 图 4 三相反应式步进电动机的结构图 由上面介绍可知，步进电动机具有结构简单、维护 方便、度高、起动灵敏、停车准确等性能。此外，步进电动机的转速决定于电脉冲频 率，并与频率同步。 四、步进电动机的驱动电源 步进电动机需配置一个专用的电源供电，电源的作用是让电动机的控制绕组按照特定的顺 序通电，即受输入的电脉冲控制而动作，这个专用电源称为驱动电源。步进电动机及其驱 动电源是一个互相联系的整体，步进电动机的运行性能是由电动机和驱动电源两者配合所 形成的综合效果。 1、对驱动电源的基本要求 （1）驱动电源的相数、通电方式和电压、电流都工满足步进电动机的需要； （2）要满足步进电动机的起动频率和运行频率的要求； （3）能限度地抑制步进电动机的振荡； （4）工作可靠，抗干扰能力强； （5）成本低、效率高、安装和维护方便。
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