步进电机介绍ppt课件

普通高等教育“十一五”国家级规划教 12
4.步进电机
每秒钟输入f 脉冲，则转过 f/ZrN 转，故电机转速为：
n 60 f ZrN
rpm
4. 小步距角磁阻式步进电机
转子上有均匀分布的40个齿.
t
360 40
9
s
360 ZrN
360 40 31
3
普通高等教育“十一五”国家级规划教 13
4.步进电机
小步距角步进电动机中的转子齿数，必须满足一定的要 求，才能保证电机产生步进运动。
当A相极面下的定、转子齿对齐时，B和C极面下的齿就分别 和转子齿相错三分之一的转子齿，即3度。
转子齿数应符合：
Zr
2mp K
1 m
2mpK
2p
普通高等教育“十一五”国家级规划教 14
4.步进电机
4.3 反应式步进电动机运行特性 一、静态特性
一、反应式步进电动机的结构 1. 单段式
2. 多段式
a)径向磁路 b)轴向磁路
普通高等教育“十一五”国家级规划教 4
4.步进电机
径向磁路
1—线圈；2—定子；3—转子
轴向磁路
1—线圈；2—定子；3—磁轭 4—转子；5—引出线
普通高等教育“十一五”国家级规划教 5
4.步进电机
二、工作原理
三相反应式步进电动机有三种运行方式： (1) 三相单三拍运行； (2) 三相双三拍运行； (3) 三相单、双六拍运行
4.步进电机
当只有一相绕组通电时，储存在电机气 隙中的磁场能量为
Wm
1 2
LI
2
T dWm
d
Zr
L W W 2
I
1 2
(
d
q )
1 2
(
d
q )cos
磁导变化曲线
( ) T dWm d
1 I 2 dL
2 d
1 (WI )2 d Zr (WI )2
2
d 4
d q
sin (Zr )
在反应式步进电动机中，转子一个齿距所对应的度数为2p电 弧度或360o电角度； (3)矩角特性：在不改变通电状态(即控制绕组电流不变)时，
步进电动机的静转矩与转子失调角的关系，即Tf()
定子
转子
=0, T=0; >0, T<0 ;
<0, T>0;
=p, T=0
普通高等教育“十一五”国家级规划教 16
4.步进电机
3. 三相单、双六拍运行方式
按A-AB-B-BC-C-CA或相反顺序通电，即需要六拍才完成一
个循环，因此步距角为：
s
t 6
90 6
15
C' 2
B
A
1
B'
4
3
C
A'
A
C'
1
B' 4
2 B
3C
A'
A相导通
AB相源自文库通
B相导通
普通高等教育“十一五”国家级规划教 11
4.步进电机
对于其它相数的步进电动机，同样可以有多种运行方 式，例如四相步进电动机有：四相单四拍，四相双四拍， 四相单双八拍等运行方式。
4.步进电机
A
C'
B'
A
4
C'
B'
3
1
1 2
4 3
B
C
A'
B
2
C
A'
C相导通
A相导通
普通高等教育“十一五”国家级规划教 8
4.步进电机
按A-B-C-A的顺序通电，电机转子在磁阻转矩作用下沿 ABC方向转动，电机的转速直接取决于控制绕组的换接频率。
定子控制绕组每改变一次通电方式，称为一拍，此时电 机转子所转过的空间角度称为步距角。
普通高等教育“十一五”国家级规划教 17
4.步进电机
Tmax sin (Zr ) Tmax sin
( ) Tmax
Zr (WI )2 d
4
q
步进电动机的矩角特性
普通高等教育“十一五”国家级规划教 18
4.步进电机
(4)静态稳态区：在空载时，稳定平衡位 置对应于=0处，而=180度则为不 稳定平衡位置。在静态情况下，如受 外力矩的作用使转子偏离稳定平衡位 置，但没有超出相邻的不稳定平衡点， 则当外力矩除去以后，电动机转子在 静态转矩作用下仍能回到原来的稳定 平衡点，所以二个不稳定平衡点之间 的区域构成静态稳定区。
(5)最大静转矩：Tmax=f(I)
Tmax
K
Zr (WI )2 (d 4
q)
最大静转矩特性
普通高等教育“十一五”国家级规划教 19
静态运行是指通电状态不变，电机处于稳定状
态时的特性。
静转矩
静特性
矩角特性
静态稳定区
需要清楚的几个名称： (1)初始稳定平衡位置：指步进电动机在空载情况下，控制
普通高等教育“十一五”国家级规划教 15
4.步进电机
绕组中通以直流电流时，转子的最后稳定位置;
(2)失调角：指步进电动机转子偏离初始平衡位置的电角度。
步进电机
1
4.步进电机
➢ 4.1 简介
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。
主要优点：步距角和转速不受电压波动和负载变化的影响，
仅与脉冲频率有关。它每转一周都有固定的步数，在不丢步 的情况下运行，其步距误差不会长期积累，从而使它适合于 在数字控制的开环系统中作为驱动电动机，也可用作闭环系 统的驱动元件。
“三相” —指步进电机的相数； “单” —指每次只给一相绕组通电；“双”则是每次 同时给二相绕组通电； “三拍”—指通电三次完成一个循环
普通高等教育“十一五”国家级规划教 6
4.步进电机
1. 三相单三拍运行方式
A
C'
1
B'
2
4
B
3
C
A'
A
C'
1
B' 4
2 B
3C
A'
A相导通
B相导通
普通高等教育“十一五”国家级规划教 7
齿距角： 步距角：
t
360 Zr
90
s
t
3
90 3
普通高等教育“十一五”国家级规划教 9
4.步进电机
2. 三相双三拍运行方式
按AB-BC-CA-AB或相反的顺序通电，每次同时给两 相绕组通电，且三次换接为一个循环。步距角与三相单三 拍运行方式的步距角相同。
AB相导通
BC相导通
普通高等教育“十一五”国家级规划教 10
一般而言，无论几相电机以及采用何种运行方式，步 距角与转子齿数Zr和拍数N之间有如下关系：
s
360 ZrN
(机械角度)
N mC
此处，m为控制绕组相数，C为状态系数，单三、双三拍时，
C=1；单双六拍时C=2。
其转速如与果脉连冲续频不率断有地关输。入每脉输冲入，一则个电脉机冲转，子转就子连转续过旋：转，1 ZrN
主要缺点：效率较低，需配适当的驱动电源，带惯性负载
的能力不强。
普通高等教育“十一五”国家级规划教 2
4.步进电机
种类：
磁阻式(反应式)
旋转型
励
磁
永磁式
方
式 混合式
运
行
直线型
方
式
平面型
系统构成：
脉冲信 号输入
脉冲分配器
脉冲放大器
步进 电机
普通高等教育“十一五”国家级规划教 3
4.步进电机
➢ 4.2 反应式步进电动机的结构与工作原理