電機(jī)與電氣控制技術(shù)（第3版）（微課版）（AR版）課件第4章 常用控制電機(jī)

4.1伺服電動機(jī)4.2測速發(fā)電機(jī)第4章常用特種電機(jī)4.3步進(jìn)電動機(jī)自學(xué)提示

控制用的特種電機(jī)分為測量元件和執(zhí)行元件。測量元件包括旋轉(zhuǎn)變壓器，交、直流測速發(fā)電機(jī)等；執(zhí)行元件主要有交、直流伺服電動機(jī)，步進(jìn)電動機(jī)等。通過本章的學(xué)習(xí)，要求：

了解伺服電動機(jī)、測速發(fā)電機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等特種電機(jī)的結(jié)構(gòu)組成和用途熟悉伺服電動機(jī)、測速發(fā)電機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)等特種電機(jī)的性能掌握伺服電動機(jī)、測速發(fā)電機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)等特種電機(jī)的工作原理常用特種電機(jī)概述

常用特種電機(jī)也稱為控制電機(jī)，在結(jié)構(gòu)上、性能上、基本用途上或工作原理上均與傳統(tǒng)電機(jī)不同，體積和輸出功率通常較小，有的特種電機(jī)或精密電機(jī)在設(shè)計(jì)方法上有較大特點(diǎn)。這些特種電機(jī)的外徑一般小于130mm。

從工作原理來看，特種電機(jī)突破了傳統(tǒng)電機(jī)理論的范疇。如超聲波電機(jī)是利用驅(qū)動部分（壓電陶瓷元件的超聲波振動）和移動部分之間的動摩擦力而獲得運(yùn)轉(zhuǎn)力的一種新原理電機(jī)；微波電動機(jī)是一種能夠接受并將微波轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的新型電機(jī)；靜電電機(jī)則是利用電場和電荷之間的動力制成的一種超微電機(jī)；此外還有光熱電機(jī)、仿生電機(jī)、記憶合金電機(jī)等。其中超聲波電機(jī)已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用化階段。4.1伺服電動機(jī)

伺服電動機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中控制機(jī)械元件運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動機(jī)，是一種補(bǔ)助馬達(dá)間接變速裝置。伺服電動機(jī)在自動控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件，它將輸入的電壓信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)矩或速度輸出，以驅(qū)動控制對象。伺服電機(jī)分有直流伺服電動機(jī)和交流伺服電動機(jī)兩大類。

伺服電動機(jī)用于自動控制系統(tǒng)中，其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)動方向受控制電壓的控制以驅(qū)動被控對象。自動控制系統(tǒng)對伺服電動機(jī)的性能要求如下：（1）調(diào)速范圍寬；（2）機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性為線性；（3）無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象；（4）快速響應(yīng)。伺服電動機(jī)概述4.1.1直流伺服電動機(jī)

永磁式直流伺服電動機(jī)的磁極由永久磁鐵制成，不需要勵磁繞組和勵磁電源。

伺服電機(jī)分為交流伺服電機(jī)和直流伺服電機(jī)兩類，其中直流伺服電動機(jī)輸出功率較大，交流伺服電動機(jī)的輸出功率較小。按照勵磁方式的不同，直流伺服電動機(jī)可分為：

電磁式的直流伺服電動機(jī)，一般采用他勵結(jié)構(gòu)，磁極由勵磁繞組構(gòu)成，通過單獨(dú)的勵磁電源供電。

空心杯式直流伺服電動機(jī)由于其力能指標(biāo)較低，目前已很少采用。

直流伺服電動機(jī)按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的不同，又可分為：

無槽電樞直流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子是直徑較小的細(xì)長型圓柱鐵芯，通過耐熱樹脂將電樞繞組固定在鐵芯上，具有散熱好、性能指標(biāo)高、快速性好的特點(diǎn)。

直流伺服電動機(jī)又分有無刷式和有刷式兩種類型：

無刷伺服機(jī)體積小，重量輕，出力大，響應(yīng)快，速度高，慣量小，轉(zhuǎn)動平滑，力矩穩(wěn)定?？刂茝?fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機(jī)免維護(hù)，效率很高，運(yùn)行溫度低，電磁輻射很小，長壽命，可用于各種環(huán)境。

直流伺服電動機(jī)又分有無刷式和有刷式兩種類型：

有刷直流伺服機(jī)成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，但需要維護(hù)，且維護(hù)不方便（換碳刷），易產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境也有要求。因此通常用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。直流伺服機(jī)的控制方式恒磁電壓控制電壓

在電動機(jī)的勵磁繞組上加上恒壓勵磁，將控制電壓作用于電樞繞組來進(jìn)行控制稱為電樞控制，如圖示。

實(shí)用中由于電樞控制方式，其回路中電感小，響應(yīng)快，性能好，因此廣泛應(yīng)用于自動控制系統(tǒng)中。

在電動機(jī)的電樞繞組上施加恒壓，將控制電壓作用于勵磁繞組來進(jìn)行控制的方法稱磁場控制。由于磁場控制性能不如電樞控制，因此工程實(shí)際中很少采用。直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性表達(dá)式

式中，Ce為電勢常數(shù)；CT為轉(zhuǎn)矩常數(shù)；Ra為電樞回路電阻。

電樞控制方式時，由于直流伺服電動機(jī)的磁路一般不飽和，我們可以不考慮電樞反應(yīng)，認(rèn)為主磁通Φ大小不變。直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性分析

伺服電動機(jī)的機(jī)械特性，指控制電壓一定時轉(zhuǎn)速隨轉(zhuǎn)矩變化的關(guān)系。

由圖示機(jī)械特性曲線可知，在伺服機(jī)負(fù)載轉(zhuǎn)矩T一定，磁通不變時，控制電壓Uc高，轉(zhuǎn)速n也高，轉(zhuǎn)速n的增加與控制電壓的增加成正比；當(dāng)Uc＝0時，n＝0，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。要改變直流伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向，可通過改變控制電壓Uc的極性來實(shí)現(xiàn)，所以直流伺服電動機(jī)具有可控性。

直流伺服電動機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性的線性度好，調(diào)整范圍大，起動轉(zhuǎn)矩大，效率高。缺點(diǎn)是電樞電流較大；電刷和換向器維護(hù)工作量大；接觸電阻不穩(wěn)定；電刷與換向器之間的火花有可能對控制系統(tǒng)產(chǎn)生干擾。n0TUC1UC2UC3UC1UC2UC3>>機(jī)械特性n0UCT0=0T1T2T2T1T3>>

調(diào)節(jié)特性UC1UC2

直流伺服電動機(jī)廣泛應(yīng)用于火花機(jī)、機(jī)械手和精確的機(jī)器等。直流伺服電動機(jī)若同時配置2500P/R高分析度的標(biāo)準(zhǔn)編碼器及測速器，或加配減速箱，更可為機(jī)械設(shè)備帶來可靠的準(zhǔn)確性及高扭力。直流伺服電動機(jī)的調(diào)速性能也非常好，在單位重量和體積下，輸出功率最高，大于相應(yīng)交流電機(jī)的輸出功率，且多級結(jié)構(gòu)的力矩波動小。4.1.2交流伺服電動機(jī)

交流伺服電動機(jī)又稱為兩相異步電動機(jī)，在結(jié)構(gòu)上類似于單相異步電動機(jī)，其定子鐵心中安放著空間相差90o電角度的兩相繞組，一相稱為勵磁繞組，一相稱為控制繞組。如圖示：

交流伺服電動機(jī)工作時，勵磁繞組接單相交流電壓，控制繞組接控制信號電壓，要求兩相電壓要同頻率。

籠型轉(zhuǎn)子體積較大，氣隙小，所需的勵磁電流小，功率因數(shù)較高，電動機(jī)的機(jī)械強(qiáng)度大，但快速響應(yīng)性能稍差，低速運(yùn)行也不夠平穩(wěn)。1.交流伺服機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)空心杯形轉(zhuǎn)子籠型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式

非磁性空心杯形轉(zhuǎn)子的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)動慣量小且具有較大的電阻。優(yōu)點(diǎn)是響應(yīng)快、運(yùn)行平穩(wěn)。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，氣隙大，空載電流大，功率因數(shù)較低。

交流伺服電動機(jī)的工作原理與具有啟動繞組的單相異步電動機(jī)相似。2.交流伺服機(jī)的工作原理

交流伺服電動機(jī)工作時，勵磁繞組通入恒定交流電壓，控制繞組由伺服放大器供電通入控制電壓，兩個電壓的頻率相同，在相位上相差90o電角度。這樣，兩個繞組共同作用在電動機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動起來以后，斷開起動繞組，電動機(jī)仍然能夠轉(zhuǎn)動。

由交流伺服機(jī)的工作原理可知，在控制繞組斷開后電動機(jī)仍然能夠轉(zhuǎn)動，這種現(xiàn)象稱為“自轉(zhuǎn)”。伺服電動機(jī)的“自轉(zhuǎn)”狀態(tài)在正常工作時是不能允許的。如何消除交流伺服機(jī)的“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象呢？

因此，消除“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象的方法是增加伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻。左圖示為電動機(jī)轉(zhuǎn)子電阻較小、臨界轉(zhuǎn)差率Sm<1時的機(jī)械特性右圖示是轉(zhuǎn)子電阻較大、臨界轉(zhuǎn)差率Sm≥1時的機(jī)械特性自轉(zhuǎn)現(xiàn)象嚴(yán)重自轉(zhuǎn)現(xiàn)象基本消除3.交流伺服機(jī)的控制方式

改變加在控制繞組上的電壓大小和相位，能夠改變電動機(jī)轉(zhuǎn)速的大小和方向。①幅值控制改變控制電壓的幅值來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，使得相位始終保持不變。②相位控制改變控制電壓的相位,從而改變控制電流與勵磁電流之間的相位角來控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。③幅相控制同時改變控制電壓的幅值及控制電流與勵磁電流之間的相位角來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。交流伺服機(jī)的用途機(jī)床、印刷設(shè)備、包裝設(shè)備、紡織設(shè)備、激光加工設(shè)備、機(jī)器人、自動化生產(chǎn)線等對工藝精度、加工效率和工作可靠性等要求相對較高的設(shè)備，一般都會涉及到伺服電動機(jī)。圖示為數(shù)控機(jī)床伺服系統(tǒng)。該系統(tǒng)是以機(jī)床移動部件的機(jī)械位移為直接控制目標(biāo)的自動控制系統(tǒng)，也稱位置隨動系統(tǒng)，系統(tǒng)接收來自插補(bǔ)器的步進(jìn)脈沖，經(jīng)過變換放大后轉(zhuǎn)化為機(jī)床工作臺的位移。在自動控制系統(tǒng)中，對伺服電動機(jī)的性能有哪些要求？

交流伺服電動機(jī)有哪幾種控制方式？

常用的控制電機(jī)有哪些？自動控制系統(tǒng)對常用特種電機(jī)的要求有哪些？問題與思考為什么要求交流伺服電動機(jī)有較大的電阻？

4.2測速發(fā)電機(jī)

測速發(fā)電機(jī)是一種測量轉(zhuǎn)速的信號元件，它將輸入的機(jī)械轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換為電壓信號輸出，通常要求其輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。

交流測速發(fā)電機(jī)有空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)、籠式轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)和同步測速發(fā)電機(jī)3種。

直流測速發(fā)電機(jī)是一種微型直流發(fā)電機(jī)，其定子和轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)與直流發(fā)電機(jī)基本相同。

按照測速發(fā)電機(jī)輸出信號的不同，可分為直流和交流兩大類：自動控制系統(tǒng)對測速發(fā)電機(jī)的主要要求：①輸出電壓與速度保持嚴(yán)格的線性關(guān)系，且不隨外界條件的改變而變化；②電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣性要小，以保證反應(yīng)迅速；③輸出電壓對轉(zhuǎn)速的變化反應(yīng)靈敏，測速發(fā)電機(jī)輸出特性的斜率要大；④對無線電通信干擾小、噪聲小、重量輕、體積小、結(jié)構(gòu)簡單且使用可靠。

測速發(fā)電機(jī)耦合在電動機(jī)軸上作為轉(zhuǎn)速負(fù)反饋元件，其輸出電壓作為轉(zhuǎn)速反饋信號送回到放大器的輸入端。調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速給定電壓，使系統(tǒng)能自動調(diào)節(jié)到所要求的轉(zhuǎn)速。4.2.1直流測速發(fā)電機(jī)

直流測速發(fā)電機(jī)包括永磁式和電磁式兩種類型。

電磁式直流測速發(fā)電機(jī)采用他勵式，不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且因勵磁受電源、環(huán)境等因素的影響，輸出電壓變化較大，所以用得不多。

永磁式直流測速發(fā)電機(jī)采用高性能永久磁鋼勵磁，受溫度變化的影響較小，輸出變化小、斜率高、線性誤差小。這種電機(jī)在80年代因新型永磁材料的出現(xiàn)而發(fā)展較快。直流測速發(fā)電機(jī)的工作原理恒定磁場中，當(dāng)被測機(jī)械拖動測速發(fā)電機(jī)以轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)動時，電樞繞組與磁場相切割，電刷兩端的感應(yīng)電動勢Eao為：Eao=CeФ0n

=Ken當(dāng)直流測速發(fā)電機(jī)空載運(yùn)行時，電樞電流為零，由于空載時的輸出電壓就是空載感應(yīng)電動勢，所以輸出電壓與轉(zhuǎn)速成正比。

直流測速發(fā)電機(jī)是一種微型直流發(fā)電機(jī)。因此工作原理與一般直流電動機(jī)基本相同。電樞電動勢的極性與電樞繞組的旋轉(zhuǎn)方向有關(guān)。改變電樞繞組的旋轉(zhuǎn)方向，電樞電動勢的極性相應(yīng)改變?？梢?，直流測速發(fā)電機(jī)負(fù)載時的輸出電壓U與轉(zhuǎn)速n仍成正比。

負(fù)載時，電樞電流不為零，輸出電壓為：

式中電樞電流：

因此，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓：

直流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性如圖示：

測速發(fā)電機(jī)空載時，相當(dāng)于RL＝∞，電樞電流Ia＝0，此時輸出電壓U＝Ea，當(dāng)負(fù)載電阻RL逐漸減小時，電樞電流Ia逐漸增大，如果轉(zhuǎn)速n恒定，輸出電壓U下降越多，特別在高速時，當(dāng)RL減小時線性誤差將增加。

可見，測速發(fā)電機(jī)輸出特性的曲線斜率隨負(fù)載電阻RL的減小而降低。

實(shí)際上，直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間并不是嚴(yán)格保持正比關(guān)系，而是輸出特性曲線圖中的虛線。產(chǎn)生非線性誤差的原因主要有：電樞反應(yīng)、電刷接觸壓降、溫度的影響等。4.2.2交流測速發(fā)電機(jī)

異步測速發(fā)電機(jī)分有鼠籠轉(zhuǎn)子感應(yīng)測速發(fā)電機(jī)和空心杯轉(zhuǎn)子測速發(fā)電機(jī)兩種類型，其中鼠籠式結(jié)構(gòu)簡單，但性能較差；空心杯式轉(zhuǎn)子感應(yīng)測速發(fā)電機(jī)因其性能較好，是目前應(yīng)用最廣泛的一種交流測速發(fā)電機(jī)。交流測速發(fā)電機(jī)同步測速發(fā)電機(jī)：永磁式、感應(yīng)子式和脈沖式。異步測速發(fā)電機(jī)：空心杯式、鼠籠式和同步式。

同步式測速發(fā)電機(jī)定子輸出繞組感應(yīng)電動勢的大小和頻率都隨轉(zhuǎn)速n的變化而變化，因此不宜用于自動控制系統(tǒng)中。1.空心杯轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)

空心杯形轉(zhuǎn)子異步測速發(fā)電機(jī)為了減少轉(zhuǎn)子漏電抗、增加其電阻，轉(zhuǎn)子通常由非鐵磁材料硅錳青銅制成為空心薄壁圓筒。此外，為了減少磁路的磁阻，在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置有固定的內(nèi)定子。

空心杯型轉(zhuǎn)子電阻比伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)子電阻更大一些，杯壁厚度一般為0.2～0.3mm。（1）結(jié)構(gòu)原理

空心杯式異步測速發(fā)電機(jī)的定子上嵌放有空間位置上相差90o電角度的兩相繞組，一相繞組作為勵磁繞組N1，另一相繞組作為輸出繞組N2。圖中黃色所示的內(nèi)鐵心是由硅鋼片制成的鐵心，用來減小磁路的磁阻。小型測速發(fā)電機(jī)的兩個繞組均嵌放在內(nèi)定子上；而機(jī)座在外徑36mm以上的測速發(fā)電機(jī)中，勵磁繞組嵌放在外定子上，輸出繞組嵌放在內(nèi)定子上，以便調(diào)整兩相繞組的相對位置，使剩余電壓最小。當(dāng)測速發(fā)電機(jī)的勵磁電壓為u1，勵磁電流為i1時，在勵磁繞組的軸線方向產(chǎn)生的交變脈動磁通為Φ1，Φ1正比于電源電壓u1。u1u2N1N2Φ1

當(dāng)轉(zhuǎn)子靜止時，勵磁后由杯形轉(zhuǎn)子電流產(chǎn)生的磁場與輸出繞組軸線垂直，輸出繞組不感應(yīng)電動勢，因此輸出繞組上沒有電壓輸出。交流測速發(fā)電機(jī)的工作原理轉(zhuǎn)子不動時u1u2N1N2i1Φ10

當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，由杯形轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場與輸出繞組軸線重合，輸出繞組中的感應(yīng)電動勢正比于杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)子頻率和勵磁電壓頻率相同，與轉(zhuǎn)速無關(guān)。同時，轉(zhuǎn)子切割磁場

產(chǎn)生的磁通Φ2總是與磁通Φ10垂直，與輸出繞組N2的軸線方向一致。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時u1N1u2N2ni1Φ10Φ2當(dāng)磁通Φ2交變時，就要在輸出繞組N2中感應(yīng)出電動勢，產(chǎn)生測速發(fā)電機(jī)輸出電壓U2，其值正比于Φ2，即：將Φ2∝Φ1n代入上式，則將Φ1∝U1代入上式，則

即勵磁繞組加電源電壓U1后，電機(jī)以轉(zhuǎn)速n旋轉(zhuǎn)，測速發(fā)電機(jī)的輸出繞組將產(chǎn)生輸出電壓U2，其值與轉(zhuǎn)速n成正比。當(dāng)轉(zhuǎn)向相反時，由于轉(zhuǎn)子中的切割電勢、電流及其產(chǎn)生的磁通相位都與原來相反，因而輸出電壓U2的相位也與原來相反。顯然，異步測速發(fā)電機(jī)可以較為精確地將轉(zhuǎn)速信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘枺瑥亩鴮?shí)現(xiàn)測速的目的。（2）輸出特性

異步交流測速發(fā)電機(jī)的輸出特性是指當(dāng)轉(zhuǎn)軸上有轉(zhuǎn)速信號n輸入時，定子輸出電壓的大小和相位隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系，稱為輸出特性。0nU2

理想的測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓正比于它的轉(zhuǎn)速，即U2＝Kn。

但是，測速發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出電壓與轉(zhuǎn)速之間并不是嚴(yán)格的線性關(guān)系，而是非線性的。

測速發(fā)電機(jī)工作時，勵磁電流和磁通Φ都隨轉(zhuǎn)速n的變化而發(fā)生變化，由于Φ1并非常數(shù)，因此輸出電壓U2與轉(zhuǎn)速n實(shí)際上不成線性關(guān)系。交流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速有什么關(guān)系？若轉(zhuǎn)向改變，其輸出電壓有何變化?

測速發(fā)電機(jī)的作用是什么？

直流測速發(fā)電機(jī)使用時，為什么轉(zhuǎn)速不能過高，負(fù)載電阻不能過小?問題與思考直流測速發(fā)電機(jī)的輸出電壓與轉(zhuǎn)速有什么關(guān)系？若轉(zhuǎn)向改變，對輸出電壓有什么影響？4.3步進(jìn)電動機(jī)

步進(jìn)電動機(jī)又稱脈沖電動機(jī)，半導(dǎo)體技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使步運(yùn)電動機(jī)在眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。特別是一些工作難度大、要求速度快、精度要求高的場合，如機(jī)械加工、包裝機(jī)械、食品機(jī)械、辦公設(shè)備、繪圖機(jī)、機(jī)器人、計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備、自動記錄儀表等，均廣泛應(yīng)用著步進(jìn)電動機(jī)。步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動數(shù)控機(jī)床的案例步進(jìn)電動機(jī)的分類

是混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)的一種步進(jìn)電動機(jī)，分有兩相和五相兩種：兩相步進(jìn)角一般為1.8度，五相步進(jìn)角一般為0.72度。目前感應(yīng)子式步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。（1）永磁式

永磁式步進(jìn)電動機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積都較小，步進(jìn)角一般為7.5度或15度。（2）反應(yīng)式

反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大，歐美等發(fā)達(dá)國家在80年代就淘汰了這種步進(jìn)電機(jī)。（3）感應(yīng)子式4.3.1感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)

感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)的定、轉(zhuǎn)子鐵芯都由硅鋼片疊壓而成。電動機(jī)的定子極靴和轉(zhuǎn)子外圓均勻分布著很多小齒，定子磁極有三相勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。

感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)定子上有均勻分布的6個磁極，每兩個相對的磁極上有同一相控制繞組，同一相控制繞組可以并聯(lián)或串聯(lián)；轉(zhuǎn)子鐵芯上沒有繞組，外圓上有與定子磁極相對應(yīng)的小齒。4.3.2步進(jìn)電動機(jī)的工作原理

步進(jìn)電動機(jī)在定子上具有均勻分布的6個磁極，磁極上繞有繞組。兩個相對的繞組組成一相，共有三相繞組。步進(jìn)電機(jī)的定子繞組連接方式是Y形；轉(zhuǎn)子由無繞組的硅鋼片疊成，通常有幾十個小齒，齒與齒之間的夾角稱齒距角。

感應(yīng)子式步進(jìn)電動機(jī)與傳統(tǒng)的反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)相比，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)上加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點(diǎn)，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點(diǎn)的耗能，因此該電機(jī)效率高，電流小，發(fā)熱低。1、需要理解的幾個概念“一拍”

指一相控制繞組輸入一個脈沖信號后，步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子動作，轉(zhuǎn)過一個角度后到達(dá)一個新的位置。步距角θ指一拍下轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度。三相步進(jìn)電動機(jī)的控制方式三相單三拍、三相雙三拍、三相單六拍、三相雙六拍步進(jìn)電機(jī)的控制拍數(shù)轉(zhuǎn)子齒數(shù)三相步進(jìn)電動機(jī)的控制方式三相單三拍：其中“三相”指步進(jìn)電動機(jī)的定子繞組為三相；“單”指每一拍只有一相繞組通電；“三拍”是指經(jīng)過三次切換，控制繞組的通電狀態(tài)完成一個循環(huán)。三相雙三拍：其中“雙”指步進(jìn)電動機(jī)每一拍有兩相繞組通電。三相六拍：其中“六拍”指步進(jìn)電動機(jī)經(jīng)過六次切換，控制繞組的通電狀態(tài)完成一個循環(huán)。2.三相單三拍工作方式

以三相單三拍控制方式中通電順序按照U→V→W→U時進(jìn)行分析。第一拍：U相控制繞組通電，V、W兩相控制繞組不通電

轉(zhuǎn)子總是要轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，也就是磁路上總的空氣隙最小的位置，所以在該磁場的作用下，使轉(zhuǎn)子的1、3齒分別與定子的U和U'產(chǎn)生的兩個磁極對齊，使轉(zhuǎn)子位于起始位置。

轉(zhuǎn)子齒1和3與定子U相磁級軸線對齊時，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動。第二拍：V相控制繞組通電，U、W兩相控制繞組不通電；

轉(zhuǎn)子總是要轉(zhuǎn)到磁阻最小的位置，也就是磁路上總的空氣隙最小的位置，所以在該磁場的作用下，使轉(zhuǎn)子的2、4齒分別與定子的V’和V產(chǎn)生的兩個磁極對齊，轉(zhuǎn)子由起始位置順時針旋轉(zhuǎn)了30°，進(jìn)入圖示新位置。轉(zhuǎn)子齒2和4與定子V相磁級軸線對齊時，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動。第三拍：W相控制繞組通電，U、V兩相控制繞組不通電；

磁力線總是通過磁阻最小的路徑閉合，轉(zhuǎn)子受到磁阻轉(zhuǎn)矩的作用又旋轉(zhuǎn)了30°。

轉(zhuǎn)子齒1和3與定子W相磁級軸線對齊時，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動。

三相單三拍通電方式輪流給各相控制繞組通電時，轉(zhuǎn)子在磁阻轉(zhuǎn)矩的作用下一拍一拍的轉(zhuǎn)動，每拍脈沖可使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一個步距角。其轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率。結(jié)論

三相單三拍控制方式通電順序按照U→W→V→U時進(jìn)行：UU’V’VW’W1234第一拍：U相控制繞組通電，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)到圖示起始位置。第二拍：W相控制繞組通電第三拍：V相控制繞組通電

步進(jìn)電動機(jī)以每一拍30°的步距角隨輸入脈沖順時針轉(zhuǎn)動。第四拍：完成一個通電循環(huán)。U相控制繞組再次通電，

三相單三拍控制方式通電順序按照U→V→W→U時進(jìn)行：UU’V’VW’W1234第一拍：U相控制繞組通電，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)到圖示起始位置。第二拍：V相控制繞組通電第三拍：W相控制繞組通電

步進(jìn)電動機(jī)以每一拍30°的步距角隨輸入脈沖逆時針轉(zhuǎn)動。顯然，步進(jìn)電動機(jī)的轉(zhuǎn)向由通電順序決定。第四拍：完成一個通電循環(huán)，U相控制繞組再次通電。

三相單三拍步進(jìn)電動機(jī)，每1拍轉(zhuǎn)過一個步距角，每3拍轉(zhuǎn)過一個齒距角，每12拍轉(zhuǎn)一周，其通電順序與旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系可用下表表示。

反應(yīng)式三相單三拍步進(jìn)電機(jī)由于每次只有一相通電，轉(zhuǎn)子在平衡位置附近來回擺動，運(yùn)行不穩(wěn)定，且在切換瞬間，轉(zhuǎn)子易失去自鎖能力而造成失步（即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動步數(shù)與拍數(shù)不相等）。因此，實(shí)用中很少采用。3.三相雙三拍工作方式

以三相雙三拍控制方式中通電順序按照UV→VW→WU→UV時進(jìn)行分析。1234UU’V’VW’W

結(jié)論：旋轉(zhuǎn)方向逆時針。第一拍：UV兩相控制繞組通電，電機(jī)轉(zhuǎn)到圖示起始位置。第二拍：VW兩相繞組通電第三拍：WU兩相繞組通電第四拍：完成一個通電循環(huán)，UV兩相繞組再次通電。4.三相六拍工作方式UU’V’VW’W1234通電順序：U→UV→V→VW→W→WU→U

結(jié)論：逆時針方向旋轉(zhuǎn)，每一步轉(zhuǎn)過15°。4.三相六拍工作方式UU’V’VW’W1234通電順序：U→UW→W→WV→V→VU→U

結(jié)論：順時針方向旋轉(zhuǎn)，每一步轉(zhuǎn)過15°。

三相六拍通電方式的步進(jìn)電機(jī)，其通電順序與旋轉(zhuǎn)角度的關(guān)系