步进电机伺服电机结构

适当选择电容的大小，可使通入两个绕组的电流 相位差接近90，因此便产生旋转磁场，在旋转磁 场的作用下，转子便转动起来。
例：选择电容，可使交流伺服电机电路中的电压电 流的相量关系如图所示。
I1 UC U1
U
U1
1
I1 U
励磁绕组的接线
UC
控制信号
检放
U
测 元
大
件器
I2 U2
控制绕组的接线
控制电压 电源电压
工作原理：假设是单三拍通电工作方式。
（1）A 相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对 齐。此时，B 相和 A 相空间差120，含 120/9 = 13 1 齿 3 A 相和 C 相差240，含240/ 9 = 26 2 个 齿。所以，A 相的转子、定子的五个小齿3 对 齐时，B 相、C 相不能对齐，B相的转子、 定子相差 1/3 个齿（3），C相的转子、定 子相差2/3个齿（6）。
10.2.3 小步距角的步进电动机
实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5 度，步距角越小，机加工的精度越高。
为产生小步距角，定、转子都做成多齿的， 图中转子40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁 极上也有五个齿。
转子的齿距等于360/ 40=9 ，齿宽、齿槽各4.5 。
为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿， 齿宽和齿槽和转子相同。
一、三相单三拍
（1）三相绕组联接方式：Y 型 （2）三相绕组中的通电顺序为：
A相B相C相
通电顺序也可以为： A 相 C 相 B 相
（3）工作过程
A
B' 1 C'
42
C 3B
A'
A 相通电，A 方向的磁 通经转子形成闭合回路。 若转子和磁场轴线方向 原有一定角度，则在磁 场的作用下，转子被磁
化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁
三相单三拍的特点：
（1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为
步距角，用S表示。
（2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序， 改变通电顺序即可改变转向。
二、三相单双六拍
三相绕组的通电顺序为： AABBBCCCAA 共六拍。
工作过程：
A B' 1 C'
42Fra Baidu bibliotek
C 3B
A'
A相通电，转子1、3齿和A相对齐。
定子绕组
定子
转子
转子
IA A
定子
IC
IB B
C
定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极 组成一相。
注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念 不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图 的联接和组数的区别。
10.2.2 工作方式
步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单 双六拍、三相双三拍等。
10.3.1 交流伺服电动机
原理与两相交流异步电机相同，定子上装有两个
绕组 — 励磁绕组和控制绕组。
励磁绕组
控制绕组
转子 励磁绕组和控制绕组在空间相隔90。
接线：
I1 UC U1
U
励磁绕组的接线
控制信号
检放
U
测 元
大
件器
I2 U2
控制绕组的接线
励磁绕组中串联电容C的目的是为了产生两相旋 转磁场。
种类：
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。
应用：
步进机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动 绘图仪等设备中都得到应用。
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。
10.2.1 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，其上分别有六个、四个磁极 。
UU2
与 两
者频率相同，相
位相同或反相。
工作时两个绕组中产生的电流 I1 和 I2 的相
位差近90°，因此便产生旋转磁场。在旋转磁场
如：Zr=40 ,
m=3 时
S
360 40 3
3
转速
n 60 f s
360
f：电脉冲的频率
§10.3 伺服电动机
伺服电动机的作用
伺服电动机的作用是驱动控制对象。被控对象 的转距和转速受信号电压控制，信号电压的大小 和极性改变时，电动机的转动速度和方向也跟着 变化。
伺服电动机分类：
交流伺服电动机和直流伺服电动机。
（2）A 相断电、B 相通电后，转子只需转过1/3个 齿（3），使 B 相转子、定子对齐。 同理，C 相通电再转3 ……
若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲， 转子只转 1.5 。
异步机的转动方向仍由相序决定。
步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为 步距角。
步距角
S
360 Zrm
m:一个周期的运行拍数 Zr：转子齿数
A、B相同时通电
A
B'
C'
C
B
A'
（1）BB' 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。
（2）AA' 磁场继续对1、3齿有拉力。
所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA' 通电，转子转了15°。
B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。
A
B'
C'
C
B
A'
总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称 为三相六拍，步距角为15。
§10.1 概述
前面介绍的异步电动机、直流电动机等都是作为 动力使用的，其主要任务是能量转换，例如将电能 转换为机械能。本章介绍控制电机。
控制电机的主要功能是转换和传递信号。
如：伺服机将电压信号转换为转矩和转速； 步进机将脉冲信号转换为角位移或线位移。
对控制电机的主要要求：动作灵敏、准确、
重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。
路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。
A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐， 相对A相通电位置转30；C相通电再转30。
这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电， 而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相 单三拍。
三、三相双三拍
三相绕组的通电顺序为： AB BC CA AB 共三拍。
A
B'
C'
C
B
A'
A
B'
C'
C
B
A'
AB通电
BC通电
A
B'
C'
C
B
A'
CA通电
工作方式为三相双三 拍时，每通入一个电 脉冲，转子也是转
30，即 S = 30。
以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。
控制电机的种类很多，本章主要介绍步进机、伺服机。
§10.2 步进电动机
机理：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号
转换成线位移或角位移的电机。每来一个 电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移 动一小段距离。
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，改变方向。