步进电机-课件.ppt

通信与电子信息工程学院 电气专业教研室 §11.3 步进电动机 一、工作原理和特点2、工作原理反应式步进电机是利用凸极转子横轴磁阻与直轴磁阻之差所引起的反应转矩而转动的。以三相反应式步进电机为例--定子6极不带小齿，每两个相对的极上绕有一相控制绕组，转子4个齿，齿宽等于定子的极靴宽。①三相单三拍运行三相--指步进电机具有三相定子绕组； 单--指每次只有一相绕组通电；三拍--指三次换接为一个循环，即按A - B - C - A …… 方式运行的称为三相单三拍运行。当A相通电B、C相不通电时，由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点，转子齿1和3的轴线与定子A极轴线对齐。同理断开A接通B时、断开B接通C转子转过30°。按A→B→C→A…接通和断开控制绕组转子就连续转动。转速取决于控制绕组通、断电的频率，转向取决于通电的顺序。②三相六拍运行供电方式是A→AB→B→BC→C→CA→A …… ，共有 6 种通电状态，每一循环换接 6 次，这 6 种通电状态中有时只有一相绕组通电(如A相)即单拍，有时有两相绕组同时通电(如A相和B相)即双拍，故称三相单、双六拍。 图表示按这种方式对控制绕组供电时转子位置和磁通分布的图形。 3、基本特点(1) 步进电动机工作时，每相绕组由专门驱动电源通过“环形分配器”按一定规律轮流通电。如三相双三拍运行的环形分配器输入是一路，输出有A、B、C三路。若开始是A、B这两路有电压，输入一个控制脉冲后就变成B、C这两路有电压，再输入一个脉冲变成C、A这两路有电压，再输入一个电脉冲变成A、B这两路有电压了。环形分配器输出的各路脉冲电压信号，经过各自的放大器放大后送入步进电动机的各相绕组，使步进电动机一步步转动。(2)步距角--每输入一个脉冲电信号转子转过的角度，用θb表示。当电机按四相单四拍运行--A-B-C-D-A…… 顺序通电时，换接一次绕组，转子转过的角度为1/4齿距角；转子需要走4步，才转过一个齿距角。当四相八拍运行--A-AB-B-BC-C-CD-D-DA……顺序通电时，换接一次绕组，转子转过的角度为1/8齿距角；转子需要走8步才转过一个齿距角。齿距角--转子相邻两齿间的夹角，用θt表示。提高工作精度就要求步距角很小。要减小步距角可以增加拍数N；增加相数电源及电机的结构也越复杂。反应式步进电动机一般做到六相，个别也有八相或更多；一台步进电动机有两个步距角，如1.5°/0.75°、1.2°/0.6°、3°/1.5°等。增加转子齿数ZR，步距角也可减小，所以反应式步进电动机的转子齿数一般是很多；通常反应式步进电动机的步距角为零点几度到几度。(3) 步进电动机可按指令进行角度控制和速度控制。角度控制---每输入一个脉冲，定子绕组就换接一次，输出轴就转过一个角度，输出轴转动的角位移量与输入脉冲数成正比。速度控制---送入步进电动机的是连续脉冲，各相绕组不断地轮流通电，步进电机连续运转，它的转速与脉冲频率成正比。每输入一个脉冲，转子转过的角度是整个圆周角的1/(ZRN)，因此每分钟转子所转过的圆周数，即转速为：(4) 步进电机具有自锁能力。当控制电脉冲停止输入，让最后一个脉冲控制的绕组继续通直流电时，电机保持在最后一个脉冲控制的角位移的终点位置上。步进电动机可以实现停车时转子定位。综上所述，步进电动机工作时的步数或转速不受电压波动和负载变化的影响(允许负载范围内)，也不受环境条件(温度、压力、冲击、振动等)变化的影响，只与控制脉冲同步，同时它又能按照控制的要求，实现启动、停止、反转或改变转速。因此步进电动机广泛应用于各种数字控制系统中。二、运行特性1、矩角特性和静态转矩当控制脉冲不断送入各相绕组按一定程序轮流通电， 步进电动机转子就一步步地转动。当控制脉冲停止时，如某些相绕组仍通入恒定不变的电流，转子将固定于某位置保持不动，称为静止状态。此时即使有一个小的扰动使转子偏离此位置，磁拉力也能把转子拉回来。对于多相步进电动机，定子控制绕组可以是一相通电，也可以是几相同时通电，下面分别进行讨论。①单相通电时单相通电时，通电相极下的齿产生转矩，这些齿与转子齿的相对位置及所产生的转矩都是相同的，故可以用一对定、转子齿的相对位置来表示转子位置，电机总的转矩等于通电相极下各个定子齿所产生的转矩之和。 T=-(IW) 2ZsZRlG1sinθe(N·m)②多相通电时多相通电时的矩角特性近似地由每相各自通电时的矩角特性叠加起来求出。以三相步进电机为例。当A、 B两相同时通电时合成矩角特性应为两者相加， 即TAB =TA+TB=-Tjmaxsinθe-Tjmaxsin(θe-120°)=-Tjmaxsin(θe-60°)是条与A相矩角特性相距120°(即θte/3)的正弦曲线。2、单步运行状态指步进电动机仅改变一次通电状态时的运行方