步进电动机[1]

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1、第十六章步进电动机16.1工作原理16.2运行特性16.3驱动电源步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电机，说得通俗一点，就是给一个脉冲信号，电动机就转动一个角度或前进一步。因此，这种电动机也称为脉冲电动机。16.1工作原理右图是一个三相反应式步进电动机，定、转子铁心由硅钢片叠成。定子有六个磁极，每两个相对的极绕有一相控制绕组，转子只有四个齿，齿宽等于定子极靴宽，上面没有绕组。如图a所示,当U相控制绕组通电，而V相、W相都不通电时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，所以转子齿1和3的轴线与定子U极轴线对齐

2、。如图b所示,U相断电、V相通电时，转子便逆时针方向转过30°，使转子齿2和4的轴线与定子V极轴线对齐。如图c所示,V相断电、接通W相，转子再过30°，转子齿1和3的轴线与W极轴线对齐。三相单三拍运行时反应式步进电动机工作原理图如此按U-V-W-U……顺序不断接通和断开控制绕组，转子就会一步一步地按逆时针方向转动。步进电动机转速取决于控制绕组通电和断电的频率（即输入的脉冲频率），旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序，若步进电动机通电次序改为U-W-V-U……则步进电动机反向转动。上述通电方式，称为三相单三拍。“单”是指每次只有一相控制绕组通电，“三拍”是指

3、三次切换通电状况为一个循环，第四拍就反复第一拍通电的情况。步进电动机每拍转子所转过的角位移称为步距角。三相单三拍通电方式时，步距角为30°。如图a所示,当U相控制绕组通电时，和单三拍运行的情况相同，转子齿1和3的轴线与定子U极轴线对齐。如图c所示，当断开U相使V相单独接通时，在磁拉力作用下，转子继续逆时针方向转动，直到转子齿2和4的轴线与定子V极轴线对齐为止，这时转子又转过15°角度。如图b所示,当U、V相控制绕组同时接通时，转子的位置，应兼顾到使U、V两对极所形成的两路磁通，在气隙中所遇到的磁阻同样程度地达到最小。这时相邻两个U、V磁极与转子齿相作用的磁

4、拉力大小相等且方向相反，使转子处于平衡。这样，当U相通电转到U、V两相通电时，转子只能逆时针方向转过15°。单、双六拍运行时三相反应式步进电动机如通电顺序改为U-UW-W-WV-V-VU-U时，电动机将按顺时针方向转动。对这种通电方式，定子三相控制绕组需经过六次换接才能完成一个循环，故称为“六拍”。同时这种通电，有时是单个控制绕组接通，有时又是两个控制绕组同时接通，因此称为单、双六拍。采用单、双拍通电方式时，步距角要比单拍通电方式减小一半（即=15°）。上述简单的三相反应式步进电动机的步距角太大，即每一步转过的角度太大，很难满足生产中所提出位移量要小的要求

5、。下面介绍三相反应式步进电动机的一种典型结构。在右图中，三相反应式步进电动机定子上有六个极，上面装有控制绕组联成U、V、W三相。转子圆周上均匀分布若干个小齿，定子每个磁极靴上也有若干个小齿。以转子齿数zr=40，相数m=3，一相绕组通电时，在气隙圆周上形成的磁极数2p=2，三相单三拍运行为例：每一齿距的空间角每一极距的空间角每一极距所占的齿数小步距角的三相反应式步进电动机当U-U′极下的定、转子齿对齐时，V-V′极的定子齿和转子齿必然错开1/3齿距，即为3°，如图所示的展开图。由于每一极距所占的齿数不是整数，由上图可以看出，若断开U相控制绕组而接通V相控制

6、绕组，这时步进电动机中产生沿V-V′极轴线方向的磁场，因磁通力图走磁阻最小路径闭合，就使转子受到同步转矩的作用而转动，转子按逆时针方向转动1/3齿距（3°），直到使V-V′极下的定子齿和转子齿对齐。相应地U-U′极和W-W′极下的定子齿又分别和转子齿相错1/3齿距。按此顺序连续不断地通电，转子便连续不断地一步一步转动。若采用三相单、双六拍通电方式运行，即按U-UV-V-VW-W-WU-U顺序循环通电，同样步距角也要减少一半，即每一脉冲时转子仅转动1.5°。如果脉冲频率很高，步进电动机控制绕组中送入的是连续脉冲，各相绕组不断地轮流通电，步进电动机不是一步一步

7、地转动，而是连续不断地转动，它的转速与脉冲频率成正比。每分钟转子所转过的圆周数即转速为16.2运行特性16.2.1静态运行状态步进电动机不改变通电的状态称为静态运行状态。静态运行状态下步进电动机的转矩与转角特性，简称矩角特性T=f(θ)，是步进电动机的基本特性。步进电动机的转矩就是同步转矩（即电磁转矩），转角就是通电相的定、转子齿中心线间用电角度表示的夹角θ，如图所示。可见转矩T随转角θ作周期变化，变化周期是一个齿距，即2π电弧度。定转子间作用力实践经验证明:反应式步进电动机的转角特性接近正弦曲线，如图反应步进电动机的矩角特性。在θ=0处，转子处于稳定平衡

8、位置,即通电相定、转子齿对齐位置。因为当转子处于这个位置时，如有外