第四季步进电动机

1、步进电动机 概 述 步进电动机又称为脉冲电动机， 是数字控制系统中的一种执行元件。 其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移， 即给一个脉冲电信号， 电动机就转动一个角度或前进一步。 1.典型结构典型结构 按励磁方式分类，按励磁方式分类， 步进电动机可分步进电动机可分为反应式、为反应式、 永磁式和混合式。永磁式和混合式。 其中反应式步进电动机用得比较普其中反应式步进电动机用得比较普遍，遍， 结构也较简单，结构也较简单， 所以着重分析这类电所以着重分析这类电机。机。反应式步进电机 反应式步进电机，是一种传统的步进电机，转子（软磁材料）铁芯通过与由定子产生的脉冲电磁场相互作用而产生转动。

2、反应式步进电机工作原理比较简单，转子上均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。电机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。市场上一般以二、三、四、五相的反应式步进机居多。 应用领域：反应式步进电机主要应用于计算机外部设备、摄影系统、光电组合装置、阀门控制、核反应堆、银行终端、数控机床、自动绕线机、电子钟表及医疗设备等领域中。图 四相反应式步进电动机的结构永磁式步进电机 永磁式步进电机（PM），转子（永磁材料）铁芯通过与由定子产生的脉冲电磁场相互作用而产生转动。 转子的级数与定子的相同。 永磁式步进电机一般为两相，转矩和体

3、积较小，步进角一般为7.5度或15度。电机里有转子和定子两部分：可以是定子是线圈，转子是永磁铁；也可以是定子是永磁铁，转子是线圈。 应用领域：永磁式步进电机主要应用于计算机外部设备、摄影系统、光电组合装置、阀门控制、核反应堆、银行终端、数控机床、自动绕线机、电子钟表及医疗设备等领域中。 步进电动机的工作原理步进电动机的工作原理 给给A A相绕组通电时，转子位相绕组通电时，转子位置如图（置如图（a a），转子齿偏离定），转子齿偏离定子齿一个角度。由于励磁磁子齿一个角度。由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当

4、转子转迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时到与定子齿对齐位置时( (图图b)b)，因转子只受径向力而无切线因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。由此可见：定在这个位置上。由此可见：错齿是助使步进电机旋转的错齿是助使步进电机旋转的根本原因根本原因。2.反应式步进电动机工作原理反应式步进电动机工作原理 反应式步进电动机的工作原理与反应式同步电动机一样， 也是利用凸极转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的反应转矩而转动的。如图所示是一台三相反应式步进电动机，定子有6个极，不带小齿，每两个相对的极上绕有一相控制绕组，转子只有4个齿，齿宽等于定子的极

5、靴宽。 图 反应式步进电动机三相单三拍运行a. A相接通； b. B相接通； c. C相接通 A A相绕组通电，相绕组通电，B B、C C 相相不通电。由于在磁场作用下，不通电。由于在磁场作用下，转子总是力图旋转到磁阻最转子总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情况下，小的位置，故在这种情况下，转子必然转到左图所示位置：转子必然转到左图所示位置：1 1、3 3齿与齿与A A、A A极对齐。极对齐。13.1 13.1 步进电动机步进电动机结构与工作原理结构与工作原理同理，同理，B相通电时，转子会转过相通电时，转子会转过30 角，角，2、4齿和齿和B、B 磁极轴线对齐；当磁极轴线对齐；当C相通电时

6、，转子相通电时，转子再转过再转过30 角，角，1、3齿和齿和C C 、C 磁极轴线对齐。磁极轴线对齐。13.1 13.1 步进电动机步进电动机结构与工作原理结构与工作原理这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。所以称为三相单三拍工作方式。 按按AB C A 的顺序给三相绕组的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过过30( (步距角步距角) )，每个通电循环周期，每个通电循环周期(3(

7、3拍拍) )转过转过90( (一个齿距角一个齿距角) )。 按按AAB B BC C CA的顺的顺序给三相绕组轮流通电。序给三相绕组轮流通电。这种方式可以这种方式可以获得更精确的控制特性。获得更精确的控制特性。 A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿与齿与A、A 对齐。对齐。 A、B相同时通电，相同时通电，A、A 磁极拉住磁极拉住1、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，齿，转子转转子转过过15 ，到达左图到达左图所示位置。所示位置。 B B 相通电，相通电，转子转子2、4齿与齿与B、B 对齐对齐, ,又转又转过过15 。 B、C相同时通电，相同时通电，C 、C 磁极拉住磁极拉住1、

8、3齿，齿，B、B 磁极拉住磁极拉住2、4齿，转子再转齿，转子再转过过15 。 三相反应式步进电动机的一个通电循环周三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每个循每个循环周期分为六拍。环周期分为六拍。 每拍转子转过每拍转子转过15 （步距角），（步距角），一一个通电循个通电循环周期环周期( (6拍拍) )转子转过转子转过90 ( (齿距角齿距角) )。 与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。小，更适用于需要精确定位的控制系统中。 步进电动机每输入一个脉冲电信号，转子转过的角度称为步距角

9、，用符号表示。 步进电动机的步距角与相数m、转子齿数Z、通电方式C有关，其关系为： 式中，C为状态系数，当采用单三拍或双三拍方式时，C=1；当采用单、双六拍时，C=2。360CmZ (3) 反应式步进电动机可以按特定指令进行角度控制， 也可以进行速度控制。 角度控制时， 每输入一个脉冲， 定子绕组就换接一次， 输出轴就转过一个角度， 其步数与脉冲数一致， 输出轴转动的角位移量与输入脉冲数成正比。 速度控制时， 送入步进电动机的是连续脉冲， 各相绕组不断地轮流通电， 步进电机连续运转， 它的转速与脉冲频率成正比。 即转速为60( /min)fnrZC式中， f为控制脉冲的频率， 即每秒输入的脉冲数。 由上式可见， 反应式步进电动机转速取决于脉冲频率、 转子齿数和拍数， 而与电压、 负载、 温度等因素无关。 当转子齿数一定时， 转子旋转速度与输入脉冲频率成正比， 或者说其转速和