学习情境4 汽车电动机任务3 汽车车用电动机.doc

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1、任务3汽车车用电动机4.3.1步进电机图4-29是步进电机的实物1.概述一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。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。步进电动机又称为脉冲电动机，是数字控制系统中的一种执行元件。其功用是将脉冲电信号变换为相应的角位移或直线位移，即给一个脉冲电信号，电动机就转动一个角度或前进一步。图4-29是步进电机的实物。步进电机的特点是：①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。③改变脉冲顺序，可改变转动方向。步进电机有励磁式和反应式两种。两种的区别在于励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。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。2.结构步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，定子上有六个或四个磁极，磁极上绕有绕组。如图4-30所示是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组。图4-30三相反应式步进电机结构若给A相绕组通电时，转子齿

3、偏离定子齿一个角度。如图4-31（a）所示。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，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。如图4-31（b）所示。由此可见：错齿是使步进电机旋转的根本原因。（a）（b）图4-31三相反应式步进电机工作原理图3.几个概念步距角β（步距）：当输入一个电脉冲时所转过的一个固定角度。单：每次只有一相绕组通电；双：每次有两相绕组通电；拍：通电次数（即从一种通电状态转到另一种通电状态）。4.三相单

4、三拍A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4-32（a）图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。同理，B相通电时，转子会转过30°角，如图4-32（b）所示，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，如图4-32（c）所示，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

5、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)。（a）A相通电（b）B相通电（c）C相通电图4-32三相单三拍通电方式时转子的位置5.三相六拍三相六拍按A®AB®B®BC®C®CA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。A相通电，转子1、3齿与A、A'对齐。如同4-33（a）所示。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°，到达左图所示位置。如同4-33（b）所示。B相通电，转子2、4齿与B、B´

6、对齐,又转过15°。如同4-33（c）所示。B、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°。如同4-33（d）所示。三相六拍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。（a）A相通电（b）A、B相同时通电（c）B相通电（d）B、C同时通电图4-33三相六拍通电方式时转子

7、的位置6.三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。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：=（4-14）式中：—步距角Z—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、转子都做成多齿齿距角，如图4-34是齿距角9°，齿数是40的步进电动机（360°/40

8、=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。图4-34齿数是40的步进电动机步进电机具有结构简单、维护方面、精确度高、起动灵敏、停车准确等性能。需要说明的是电脉冲不能直接控制步进电机，必须采用脉冲控制器将电脉冲按通电方式进行分配而后经过功率放大器放大到足够的功率，才能驱动步进电机工作。步进电机的工作过程如图4-35所示。图4-35步进电机的工作过程7.步进电机在汽车上的应用怠速就是汽车发动