步進電機結(jié)構(gòu)及工作原理

關(guān)于步進電機結(jié)構(gòu)及工作原理以反應(yīng)式為例說明步進電機的結(jié)構(gòu)和工作原理通常按勵磁方式分為三大類：1）反應(yīng)式：

轉(zhuǎn)子為軟磁材料，無繞組，定、轉(zhuǎn)子開小齒、步距角小。2）永磁式：

轉(zhuǎn)子為永磁材料，轉(zhuǎn)子的極數(shù)=每相定子極數(shù)，不開小齒，步距角較大，力矩較大3）永磁感應(yīng)(混合式)：

轉(zhuǎn)子為永磁式、兩段，開小齒，轉(zhuǎn)矩大、動態(tài)性能好、步距角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。步進電動機的種類第2頁,共25頁，2024年2月25日，星期天

步進電機主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子，它們均由磁性材料構(gòu)成。以三相為例其定子和轉(zhuǎn)子上分別有六個、四個磁極。定子轉(zhuǎn)子定子繞組13.7.1步進電動機結(jié)構(gòu)步進電動機結(jié)構(gòu)簡圖第3頁,共25頁，2024年2月25日，星期天步進電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)第4頁,共25頁，2024年2月25日，星期天第5頁,共25頁，2024年2月25日，星期天定子的六個磁極上有控制繞組，兩個相對的磁極組成一相。注意：這里的相和三相交流電中的“相”的概念不同。步進機通的是直流電脈沖，這主要是指線路的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。ABC定子轉(zhuǎn)子IAIBIC第6頁,共25頁，2024年2月25日，星期天13.7.2工作原理

三相步進電機的工作方式可分為：三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍等。一、三相單三拍（1）三相繞組聯(lián)接方式：Y型（2）三相繞組中的通電順序為：A相

B相

C相第7頁,共25頁，2024年2月25日，星期天（3）工作過程A相通電，A方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。A相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和AA'對齊。CA'BB'C'A3412A相通電第8頁,共25頁，2024年2月25日，星期天CA'BB'C'A3412B相通電1C'342CA'BB'AC相通電第9頁,共25頁，2024年2月25日，星期天

這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。三相單三拍的特點：（1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30

。此角稱為步距角，用

S表示。（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。

反轉(zhuǎn)：

A相

C相

B相

A相

B相

C相正轉(zhuǎn)：第10頁,共25頁，2024年2月25日，星期天二、三相單雙六拍三相繞組的通電順序為：

A

AB

B

BC

C

CA

A

共六拍。工作過程：A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和A相對齊。CA'BB'C'A3412第11頁,共25頁，2024年2月25日，星期天所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對AA'通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15°。（1）BB'

磁場對2、4齒有磁拉力，該拉力使轉(zhuǎn)子順時針方向轉(zhuǎn)動。A、B相同時通電（2）AA'

磁場繼續(xù)對1、3齒有拉力。CA'BB'C'A3412第12頁,共25頁，2024年2月25日，星期天總之，每個循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱為三相六拍，步距角為15

。CA'BB'C'A3412B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相對齊，又轉(zhuǎn)了15

。13.7步進電動機第13頁,共25頁，2024年2月25日，星期天三、三相雙三拍三相繞組的通電順序為：

AB

BC

CA

AB

共三拍。AB通電CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412BC通電13.7步進電動機第14頁,共25頁，2024年2月25日，星期天以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。

工作方式為三相雙三拍時，每通入一個電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30

，即

S=30

。CA通電CA'BB'C'A341213.7步進電動機第15頁,共25頁，2024年2月25日，星期天小步距角的步進電動機實際采用的步進電機的步距角多為3度和1.5度，步距角越小，機加工的精度越高。為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，圖中轉(zhuǎn)子40個齒，定子仍是6個磁極，但每個磁極上也有五個齒。第16頁,共25頁，2024年2月25日，星期天轉(zhuǎn)子的齒距等于360

/40=9

，齒寬、齒槽各4.5

。

為使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊，定子磁極上的小齒，齒寬和齒槽和轉(zhuǎn)子相同。13.7步進電動機第17頁,共25頁，2024年2月25日，星期天工作原理：假設(shè)是單三拍通電工作方式。（1）A相通電時，定子A相的五個小齒和轉(zhuǎn)子對齊。此時，B相和A相空間差120

，含

120

/9

=齒13.7步進電動機

A相和C相差240

，含240/9

=個齒。所以，A相的轉(zhuǎn)子、定子的五個小齒對齊時，B相、C相不能對齊，B相的轉(zhuǎn)子、定子相差1/3個齒（3

），C相的轉(zhuǎn)子、定子相差2/3個齒（6

）。第18頁,共25頁，2024年2月25日，星期天若工作方式改為三相六拍，則每通一個電脈沖，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)1.5

。步進電機的轉(zhuǎn)動方向仍由相序決定。同理，C相通電再轉(zhuǎn)3

……（2）A相斷電、B相通電后，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過1/3個齒（3

），使B相轉(zhuǎn)子、定子對齊。13.7步進電動機第19頁,共25頁，2024年2月25日，星期天步進電機的特點1）步進電機工作時，每相繞組由專門的驅(qū)動電源通過“環(huán)形分配器”按一定規(guī)律輪流通電。步進電機輪流通電方式——分配方式每一次循環(huán)所包含的通電狀態(tài)數(shù)——拍數(shù)狀態(tài)數(shù)=相數(shù)——單拍制分配方式

(如：三相單三拍、四相雙四拍)狀態(tài)數(shù)=相數(shù)的兩倍——雙拍制分配方式

(如：三相六拍、四相八拍)通電脈沖頻率拍數(shù)第20頁,共25頁，2024年2月25日，星期天步進機通過一個電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為步距角。N:一個周期的運行拍數(shù)Zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)如：Zr=40,N=3時2)步距角拍數(shù)：N=kmk=1單拍制2雙拍制m:相數(shù)第21頁,共25頁，2024年2月25日，星期天3)轉(zhuǎn)速每輸入一個脈沖，電機轉(zhuǎn)過即轉(zhuǎn)過整個圓周的1/(ZrN）,也就是1/(ZrN）轉(zhuǎn)因此每分鐘轉(zhuǎn)過的圓周數(shù)，即轉(zhuǎn)速為4)步進電機具有自鎖能力當(dāng)控制脈沖停止輸入、而使最后一個脈沖控制的繞組繼續(xù)通電時，電機可以保持在固定位置。第22頁,共25頁，2024年2月25日，星期天步進電動機驅(qū)動控制器的構(gòu)成1、對驅(qū)動電源的基本要求1）驅(qū)動電源的相數(shù)、通電方式和電壓、電流都滿足步進電動機的需要；2）要滿足步進電動機的起動頻率和運行頻率的要求；3）能最大限度地抑制步進電動機的振蕩；4）工作可靠，抗干擾能力強；5）成本低、效