太原科技大学_步进电机

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1、太原科技大学电气信息工程学院太原科技大学电气信息工程学院步进电动机步进电动机第一节第一节概述概述步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。特点特点::(1)1)来一个脉冲，转一个步距角。来一个脉冲，转一个步距角。(2)(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)(3)改变脉冲顺序，可改变转动方向。改变脉冲顺序，可改变转动方向。种类：励磁式和反应式反应式两种。区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，区别在于励磁式步进电机的转子

2、上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。第二节第二节结构和工作原理结构和工作原理下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。三相反应式步进电动机的原理结构图三相反应式步进电动机的原理结构图如下：AIA定子定子内圆周均匀分布着六个转子磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组ICIBB成一相。转子有C四个齿。1.1.三相单三拍三相单三拍动画A相绕组通电，B、C相A不通电。由于在磁场作用下，B'C'1转子总是力图旋转到磁阻最423小的位置，故在这种情况下，CB转子必然转到左图所示位置：A'1

3、、3齿与A、A′极对齐。AAB'C'B'C'144123C3BC2BA'A'同理，B相通电时，转子会转过30°角，2、4齿和B、B´磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30°角，1、3齿和C´、C磁极轴线对齐。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，所以称为三相单三拍工作方式。按A→B→C→A→……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)转过90°(一个齿距角)。2.2.三相六拍三相六拍按A→AB→B→BC→C→CA的顺序给三相绕组轮流通

4、电。这种方式可以获得更精确的控制特性。AA相通电，转子1、B'C'13齿与A、A'对齐。42C3BA'A、B相同时通电，AA、A'磁极拉住1、3齿，B'C'1B、B'磁极拉住2、4齿，42转子转过15°，到达左图C3BA'所示位置。AB'C'B相通电，转子2、144齿与B、B´对齐,又转23CB过15°。A'B、C相同时通电，AC'、C磁极拉住1、3B'C'41齿，B、B'磁极拉住32CB2、4齿，转子再转过A'15°。三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：A→AB→B→BC→C→CA，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过15°（步距角）

5、，一个通电循环周期(6拍)转子转过90°(齿距角)。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。3.3.三相双三拍三相双三拍按AB→BC→CA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电。AAAB'C'B'C'B'C'1414412332C3BCBC2BA'A'A'AB通电BC通电CA通电与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期也分为三拍。每拍转子转过30°(步距角)，一个通电循环周期(3拍)转子转过90°(齿距角)。从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公式：360°θ=Zmrθ—步距角Zr

6、—转子齿数m—每个通电循环周期的拍数实用步进电机的步距角多为3°和1.5°。为了获得小步距角，电机的定子、转子都做成多齿的，如教材图10.4.4所示。图中转子表面有40个齿，齿距角是9°；定子仍是6个磁极，但每个磁极表面加工有五个和转子一样的齿。应用：步进电动机的应用非常广泛，如各种数控步进电动机的应用非常广泛，如各种数控机床、自动绘图仪、机器人等。机床、自动绘图仪、机器人等。第三节第三节运行特性一、运行特性及影响因素1.基本特点1)工作时的步数或转速（角度控制或速度控制）只与控制脉冲同步，而与电压、负载、温度、冲击（环境条件）等因素无关。2

7、)按控制要求进行启动、停止、反转或改变速度。3)应用广泛（在数字控制系统中）。2.矩角特性——反映步进电动机电磁转距T随偏转角θ变化的关系。1)初始平衡位置——定子一相绕组通电，转子无负载转矩，转子齿与通电相磁极上小齿对齐。2)转子偏转角θ（空间角）——转子齿偏离初始平衡位置的角度（转子有负载作用，电磁转矩与负载转矩平衡）。3)电角度θe——空间角度的Z倍，即θe=Zθ。4)矩角特性曲线T=f(θe)。�近似一条正弦曲线。π�θe=±时，T达到最大2静转矩T（定、转子smax齿错开1/4齿距）。�反映了步进电动机带负载的能力（负载转矩＝（0.

8、3～0.5）Tsmax）。“稳定运行”3.脉冲信号频率对运行的影响(a)频率很低（接近矩形波）；(b)频率增高（波形畸变）；(c)频率很高（I下降到I/）。故f过高