第四章 步进电动机-w

7.2
定子极距为50 /(2 4) 6.25
个齿。
转子齿数应满足
Zr k 1
2m
m
Zr 2mk 2
图4-1 四相反应式步进电动机的结构
5
4.2.2 工作原理
1. 工作原理 以四相反应式步进电动机为例。定子有八个极，相对两极的绕组串 联成一相，构成四相；转子六个齿，齿宽等于定子极靴的宽度。
A相绕组通电时，在 磁阻转矩作用下，转 子齿1和4的轴线与 定子A极轴线对齐； （a）A相通电（b）C相通电（c）B相通电（d）D相通电
图4-2 四相单四拍运行
断开A相接通C相，转子齿3和6的轴线与C极轴线对齐，转子逆时针方向 转过15°；断开C相接通B相，转子又转过15°；断开B相接通D相， 转子再转过15°；…。经过A C B DA一个通电循环转子转过60°，为 一个齿距角。
转子 转子上只有齿槽没有绕组，系统 工作要求不同，转子齿数也不同。定转 图4-1 四相反应式步进电动机的结构 子齿形相同。
4
4.2.2 工作原理
3. 实用反应式步进电动机
如何减小步距角？增加转子齿数，同时在定子极面上开槽，定、转子 的齿形要相同。
如图转子上共有50个齿，齿距角
t
ห้องสมุดไป่ตู้
360 Zr
360 50
双拍运行与单拍运行时步距角相同，产生的转矩一般会增加。 四相八拍 （图） A→AC→C→CB→B→BD→D→DA→…。步距角变为原来的二分之一。 如何使步进电动机反转？
8
4.2.2 工作原理
四相单四拍运行 通电方式为A→C→B→D→…。 A相绕组通电，转子齿轴线和定子磁极A上的齿轴线对齐；
图4-4 A相通电时定、转子齿的相对位置 断开A相接通C相，在磁阻转矩作用下，转子顺时针方向转过四分之一 齿距角（1.8°），使转子齿轴线和定子磁极C下的齿轴线对齐； …。 每换接一次绕组，转子就转过1／4齿距角。四步完成一个循环，转 子转过7.2 °
第4章 步进电动机
4.1 概述 4.2 反应式步进电动机的结构和工作原理 4.3 反应式步进电动机的静态特性 4.4 反应式步进电动机的动态特性 4.5 步进电动机的其它类型及主要性能指标 4.6 步进电动机的驱动电源
1
4.1 概述
步进电动机将输入的脉冲电信号变换为阶跃的角位移或直线位移。 给一个脉冲信号，电动机前进一步，因此称为步进电动机。 （1）控制系统对步进电动机的基本要求
四相八拍运行时的步距角是四相四拍时的一半。
四相双四拍运行 通电方式为AC→CB→BD→DA→…。步距角与四相单四拍运行时一
样为1/4齿距角，即1.8°。
10
4.2.3基本特点
1．每相脉冲频率 fφ
步进电机的系统框图 脉冲电源→环形分配器→放大器→步进电动机
图4-6 脉冲控制方框图
“环形分配器”按给定规律分配输入脉冲。对于三相步进电动机， 环形分配器是一路输入，三路输出。 三相单三拍运行时，第一个电脉冲分给A相；第二个电脉冲分给B 相；第三个电脉冲分给C相，完成一个循环。
6
4.2.2 工作原理
2. 运行方式
拍和步距角 电机通电方式变换一次，称为一拍。每一拍转子所转过的角度，称为
步距角 s 。
四相单四拍 （图） 每次只接通一相绕组的四相供电方式称为四相单四拍。 四相双四拍（图） 每次同时接通两相绕组，如AC→CB→BD→DA→…，也是四拍一 个循环，则称为四相双四拍。
11
4.2.3基本特点
三相双三拍运行时各相驱动信号波形图。
每个循环包含的通电状态数
称为“拍数”。拍数可等于
相数或相数的二倍。
正向旋转
反向旋转
图4-7 三相双三拍驱动信号波形图
每相脉冲频率 fφ 每循环一次，控制电脉冲的个数总等于拍数N， 而加在每相绕组上的脉冲电压的个数却等于1。若控制电脉冲频 率为 f ，每相脉冲频率用 fφ 表示，则 fφ f / N
9
4.2.2 工作原理
四相八拍运行
通电方式为A→AC→C→CB→B→BD→D→DA→…。
A相绕组通电，转子齿轴线和定子磁极A上的齿轴线对齐；
A、C两相同时通电时，转 子顺时针方向只转过1/8 齿距角（0.9°）；…。 每换接一次绕组，转子就
转过1／8齿距角。
图4-5 A、C两相通电时定、转子齿的相对位置
2
4.2 反应式步进电动机的结构和工作原理
4.2.1结构 4.2.2 工作原理 4.2.3基本特点
3
4.2 反应式步进电动机的结构和工作原理
4.2.1结构
定子铁心 定子铁心为凸极结构，由硅钢片迭压而成。在面向气隙的 定子铁心表面有齿距相等的小齿。
定子绕组 定子每极上套有一个集中绕 组，相对两极的绕组串联构成一相。步 进电动机可以做成二相、三相、四相、 五相、六相、八相等。
在电脉冲的控制下，步进电动机能迅速起动、正反转、制动和停车， 调速范围宽广； 步进电动机的步距角要小，步距精度要高，不丢步不越步； 工作频率高，响应速度快。 （2）步进电动机的分类 按其工作方式不同，可分为功率步进电动机和伺服步进电动机两类。 按励磁方式的不同，步进电动机可分为反应式、永磁式和感应子式 三类。
三相单三拍 A
B
C
三相双三拍 AB
BC
CA
三相六拍 A AB B BC C CA
12
1 23
三相单三拍 A
B
A
C
B
C
1
23
三相双三拍 AB
BC
CA
A
B
C
13
三相六拍 A AB B BC C CA 1 2 34 5 6
A B C
14
4.2.3基本特点
2．步距角 s 每输入一个脉冲电信号转子转过的角度称为步距角，用符号 s 表示。
步距角为
s
t N
360 NZ r
（机械角度）
N为运行拍数， N m 或2 m ，m为电机相数。
步距角与拍数N及转子齿数Zr有关。减小步距角，可提高控制精度。
在一个齿距内磁场变化一个周期，用电角度表示时，一个齿距就对应
360°电角度（或 2 电弧度)。用电角度（或电弧度）表示的齿距角
为 te 360 。 用电角度表示时，步距角为
或
se
360 N
Zr Zr
sZr
se
te N
360 N
（电角度）
与转子齿数无关。
se
te N
2 N
（电弧度）
15
4.2.3基本特点
3．转速n
输入一个脉冲，转子转过整个圆周角的 1 /( Z r N ) ，即转过 1/(Z r N )
所以转速为
n 60 f ZrN