电机与变压器教案 步 进 电 动 机 图1 步进电动机 ? 作者：桑凤景 南京技师学院 复习提问 ? ? 1、伺服电动机分那几类？ 直流和交流伺服电动机 2、伺服电动机的作用是什么？ 把接收的电信号转换为电动机转 轴的角位移或角速度 一般电动机是连续旋转的，而步进电动 机是一种“一步一步”地转动的电动机，因 其转矩性质和同步电动机的电磁转矩性质一 样，所以本质上也是一种磁阻同步电动机或 永磁同步电动机。由于电源输人是一种电脉 冲(脉冲电压)电动机，接受一个电脉冲就相应 的转过一个固定角度，故而也称脉冲电动机， 课题三 步进电动机 一、步进电动机的结构和种类 1、基本结构 步进电动机主要由两部分构成：定子和转子，他们均由 磁性材料构成，一般定子相数为三相-六相，每相两个绕组套 在一对定子磁极上，称为控制绕组，转子上是无绕组的铁心。 三相步进电动机定子和转子上分别有6个和4个磁极。如下图 步进电动机基本结构图 ? 1 图2 同步电机基本结构图 1、混合式步进电机定子结构 图3 定子结构 2、转子结构 图4 转子铁心 定子与转子的位置 线我为 圈们了 ，看清 绿一楚 色下的 线三演 圈相示 是线该 圈步 相的进 线组电 圈合动 ，与机 红连的 色接工 为，作 相黄状 线色态 圈为 。相 A B C 2、步进电动机的种类 ? ? 步进电动机的结构和分类方法较多，通常按 励磁方式分为反应式、永磁式、感应式三类。 1、反应式 特点：转子为软磁材料、无绕组， 定子、转子上开小曹， 步距小，应用广。 图8 ? ? ? 2、永磁式 特点：转子为永磁材料， 转子的极数等于每相定子 极数，不开小齿，步距角 较大，力矩较大。 图9 ? 3、 感应子式 ? 转子为永磁式、两段，开小齿。 混合反应式优点与永磁式相同， 转矩大，动态性能好，步距角 小。但结构复杂，成本较高。 图10 二、步进电动机的工作原理 ? 以反应式步进电机为例分析其工作原理。如下图 图11 三相反应式步进电动机工作原理 步距角定义 ? ? 通常通常把由一种通电状态转换到另一种通电状态 叫做一拍，每一拍转子转过的角度叫步距角θs，上 述的通电方式称为三相单三拍运行，三相是指定子 为三相绕组，单是指每拍只有一相绕组通电，三拍 是指经过三次切换绕组的通电状态为一个循环。 三相步进电动机除了三相单三拍运行方式外，还有 三相双三拍、三相单双六拍运行方式。 三相单三拍运行方式 图12反应式三相单三拍运行图 三相双三拍运行方式 ? 按AB-BC-CA-AB顺序通电，每次均有两个控制绕组通电，故称为三相双三 拍。按三相双三拍运行时，其步距角与三相单三拍一样，都是30度 图13 三相双三拍原理图 三相单双六拍运行方式 若按A-AB-B-BC-C-CA-A顺序通电，每次循环需换接6次，故称为三相六拍 因单相通电和两相通电轮流进行，故又称为三相单、双六拍 图14 三相单双六拍工作原理图 三、小步距角的步进电动机 ? ? 上述的三相反应式步进电动机的步距角太大， 通常不能满足生产中小位移的要求，为此必 须增加拍数和转子齿数。实际采用的步进电 机的步距角多为3°和1.5°，步距角越小， 机加工的精度越高。下面介绍一种常见的 小步距角三相反应式步进电动机。 三相反应式步进电动机典型结构示意如图所 示： ? 定子仍然为三对极，每相一对， 不过每个定子磁极的极靴上各 有5个小齿，转子圆周上均匀 分布着40个小齿，转子的齿距 等于360°/40=9°，齿宽、齿 槽各4. 5° 。为使转、定子的 齿对齐，定子磁极上的小齿、 齿宽和齿槽与转子相同。假设 是单三拍通电工作方式。 图15 三相反应式步进电动机结构 图（A相通电时的位置） ? ? ? ? ? 1）A相通电，定子A相的5个小齿和转 子对齐。 2）A相断电、B相通电后，转子只需转 过1/3个齿(3°)，使B相转子、定子对 齐。 若转子齿数为ZR，步距角θs的大小与 转子齿数ZR和拍数N的关系为: 因为每输人一个脉冲，转子转过1/NZR 转，若脉冲电源的频率为f，步进电动 机转速为: 上式说明，步进电动机转速由控制脉冲 频率f、拍数N、转子齿数ZR决定，与 电源电压、绕组电阻及负载无关，这是 它抗干扰能力强的重要原因。 例10-1： 某台三相反应式步进电动机，采用三相六拍运行方式，转子齿 数ZR=40,脉冲电源频率为800 Hz (1)写出一个循环的通电顺序。 (2)求电动机的步距角θs 。 (3)求电动机的转速n 。 (4)求电动机每秒钟转过的机械角度θ ? ? 。 ? ? ? 分析： (1)因为该步进电动机采用三相六拍 运行方式，完成一个循环的通电顺 序为: AB-B-BC--C-CA-A (2)三相六拍运行方式时，N=6，混合式步进电机则: (3)电动机的转速为: ? (4)每秒钟转过的机械角度为: 四、步进电动机的特点和应用 ? 步进电动机在近十年中发展很快，这是由于电力、电子技术的 发展解决了步进电动机电源问题。混合式步进电机近新型永磁材料研制上的 突破，又促进了步进电动机的进一步发展。由于步进电动机的 步距(转速)不受电压波动和负载变化的影响，也不受环境条件 (温度、压力、冲击和振动等)的限制，而只与脉冲频率成正比， 所以它能按照控制脉冲数的要求，立即启动、停止、反转。在 不丢步的情况下，角位移的误差不会长期积累，所以步进电动 机能实现高精度的角度开环控制。然而，由于开环控制的频率 不自控，低速时会发生振动现象，这是值得重视和研究的课题。 尽管如此，目前步进电动机的应用范围已很广，在数控、工业 控制、数模转换和计算机外围设、工业自动线、印刷机、遥 控指示装置、航空系统中，都已成功地应用了步进电动机。 ? ? ? ? ? 本节课我们学习了 1、步进电动机的结构和种类 2、步进电动机的工作原理 3、小步距角的步进电动机 4、步进电动机的特点和应用 ? 习题册P42 填空、简答、计算
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