步进电机及其控制系统

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1、步进电动机传动控制系统第13篇13.1步进电动机结构与工作原理步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。步进电动机的分类：工作原理反应式永磁式混合式输出转矩大小快速步进电机功率步进电机励磁相数二、三、四、五、六、八相等角位移输入脉冲个数运行速度输入脉冲频率特点:(1)来一个脉冲，转一个步距角。(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)改变脉冲顺序，可改变转动方向。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。13.1步进电动机结构与工作原理区别在于励

2、磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。种类：励磁式和反应式两种。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。13.1步进电动机结构与工作原理步进电动机的工作原理给A相绕组通电时，转子位置如图（a），转子齿偏离定子齿一个角度。由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。由此可见：错齿是助使步进电机旋转的根本原因。三相反应式步进电动机的原理结构图如下：ABCIAIBIC定子内圆周均匀分

3、布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。转子有四个齿。定子转子13.1.1三相单三拍CA'BB'C'A3412A相绕组通电，B、C相不通电。由于在磁场作用下，转子总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情况下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。13.1步进电动机结构与工作原理CA'BB'C'A3412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。1C'342CA'BB'A13.1步进电动机结构与工作原理这种工作方式下，三个绕组依次

4、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)。13.1步进电动机结构与工作原理13.1.2三相六拍按AABBBCCCA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412A相通电，转子1、3齿与A、A'对齐。A、B相同时通电，A、A'磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子转过15，到达左图

5、所示位置。CA'BB'C'A3412B相通电，转子2、4齿与B、B´对齐,又转过15。3412CA'BB'C'AB、C相同时通电，C'、C磁极拉住1、3齿，B、B'磁极拉住2、4齿，转子再转过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），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。13.1.3三相双三拍按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。AB通电CA'B

6、B'C'A3412BC通电3412CA'BB'C'ACA通电CA'BB'C'A3412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：—步距角Zr—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。步进电动机的应用非常

7、广泛，如各种数控机床、自动绘图仪、机器人等。应用：13.2步进电动机的步距角由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所转过的角度称为步距角。T11-2.SWF＝360/ZKm其中：Z－转子齿数m－定子绕组相数K－通电系数K=1,2若二相步进电动机的Z=100，单拍运行时，其步距角若按单、双通电方式运行时，步距角由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行拍数)愈多，则步距角愈小，控制越精确。当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进电动机就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f(HZ)，步距角用弧度表示，则步进电动机的转速为：13

8、.2步进电动机的步距角13.3步进电动机的主要性能指标1.步距角2.最大工作频率：在转子不失步