步进电机结构及工作原理48194_物理_自然科学_专业资料。3章 特种电机 13.7 步进电动机 步进电动机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制 电机，常作为数字控制系统中的执行元件。 13.7 步进电动机 步进电动机的种类 通常按励磁方式分为三大

　　3章 特种电机 13.7 步进电动机 步进电动机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制 电机，常作为数字控制系统中的执行元件。 13.7 步进电动机 步进电动机的种类 通常按励磁方式分为三大类： 1）反应式： 转子为软磁材料，无绕组，定、转子开小齿、步距角小。 2）永磁式： 转子为永磁材料，转子的极数=每相定子极数，不开小齿， 步距角较大，力矩较大 3）感应子式(混合式)： 转子为永磁式、两段，开小齿，转矩大、动态性能好、步距 角小，但结构复杂，成本较高。 以反应式为例说明步进电机的结构和工作原理 13.7 步进电动机 13.7.1 步进电动机结构 步进电机主要由两部分构成：定子和转子，它们均由磁性材料构成。 以三相为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极 。 定子绕组 转子 定子 步进电动机结构简图 13.7 步进电动机 步进电机内部结构 13.7 步进电动机 A IA 转子 定子 IC IB B C 定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组 成一相。 注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。两相步进电机步进 机通的是直流电脉冲，这主要是指线路的联接和组数的区别。 13.7 步进电动机 13.7.2 工作原理 三相步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、 三相单双六拍、三相双三拍等。 一、三相单三拍 （1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为： A相B相C相 13.7 步进电动机 （3）工作过程 A B 1 C 42 C 3B A A相通电 A 相通电，A 方向的磁通经 转子形成闭合回路。若转子和 磁场轴线方向原有一定角度， 则在磁场的作用下，转子被磁 化，吸引转子，使转子的位置 力图使通电相磁路的磁阻小， 使转、定子的齿对齐停止转动。 A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。 13.7 步进电动机 A B C C B A B相通电 A B C C B A C相通电 13.7 步进电动机 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电， 而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相 单三拍。 三相单三拍的特点： （1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为 步距角，用S表示。 （2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，两相步进电机 改变通电顺序即可改变转向。 正转： A相B相C相 反转： A 相 C 相 B 相 13.7 步进电动机 二、三相单双六拍 三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。 工作过程： A B 1 C 42 C 3B A A相通电，转子1、3齿和A相对齐。 13.7 步进电动机 A、B相同时通电 A B C C B A （1）BB 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。 （2）AA 磁场继续对1、3齿有拉力。 所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，转子转了15°。 13.7 步进电动机 B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。 A B C C B A 总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称 为三相六拍，步距角为15。 13.7 步进电动机 三、三相双三拍 三相绕组的通电顺序为： AB BC CA AB 共三拍。 A B C C B A A B C C B A AB通电 BC通电 13.7 步进电动机 A B C C B A 工作方式为三相双三拍时， 每通入一个电脉冲，转子也是 转30，即 S = 30。 CA通电 以上三种工作方式，两相步进电机三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。 13.7 步进电动机 小步距角的步进电动机 实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5 度，步距角越小，机加工的精度越高。 为产生小步距角，定、转子都做成多齿的， 图中转子40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁 极上也有五个齿。 13.7 步进电动机 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， 齿宽和齿槽和转子相同。 13.7 步进电动机 工作原理：假设是单三拍通电工作方式。 （1）A 相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对 齐。此时，B 相和 A 相空间差120，含 120/9 = 13 1 齿 3 A 相和 C 相差240，含240/ 9 = 26 2 个齿。 所以，A 相的转子、定子的五个小齿对齐时3，B 相、 C 相不能对齐，B相的转子、定子相差 1/3 个齿 （3），C相的转子、定子相差2/3个齿（6）。 13.7 步进电动机 （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。 同理，C 相通电再转3 …… 若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲， 转子只转 1.5 。 步进电机的转动方向仍由相序决定。 13.7 步进电动机 步进电机的特点 1）步进电机工作时，每相绕组由专门的驱动电源通 过“环形分配器”按一定规律轮流通电。 步进电机轮流通电方式——分式 每一次循环所包含的通电状态数——拍数 状态数=相数——单拍制分式 (如：三相单三拍、四相双四拍) 状态数=相数的两倍——双拍制分式 (如：三相六拍、四相八拍) f 相 f N 通电脉冲频率 拍数 13.7 步进电动机 2) 步距角 步进机通过一个电脉冲转子转过的角度,称为步距角。 S 360 ZrN N:一个周期的运行拍数 Zr：转子齿数 如：Zr=40 , N=3 时 S 360 3 403 1 单拍制 拍数：N=km m:相数 k= 2 双拍制 13.7 步进电动机 3) 转速 每输入一个脉冲，电机转过 S 360 Zr
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