第九章 步进电机及开关磁阻电机.ppt

11.2.5 SRM调速系统的组成 1、转子位置传感器 图11.15 转子位置传感器的安装 仅以8/6极为例加以说明： 2、SRM调速系统的组成 图11.16 4相SRM组成的调速系框图 11.3 步进电动机 每输入一个电脉冲，转子则移动一步距角 ； 输出步距角的精度主要取决于自身的结构 ； 可以看作为是一种按脉冲方式工作的同步电动机； 转角或转速仅受控于定子绕组的通电频率，与负载以及电压的变化无关，也不受环境等因素的影响 ； 步进电机的特点： 步进电机的类型： 反应式步进电机 永磁式步进电机 混合式步进电机 11.3.1 步进电动机的基本运行原理 1. 步进电动机的基本运行原理 图11.17 反应式步进电动机的运行原理示意图（模型电机） 图中，步进电机的转向取决于通电顺序。 2. 定子绕组的通电控制方式 单三拍通电方式；即： ，步距角 。 双三拍通电方式；即： ， 步距角 单、双六拍通电方式。即： 步距角 。 以三相定子绕组为例加以说明。 为了减小步距角，实际步进电动机的定、转子皆采用多齿结构， 如图11.18a所示。 图11.18 三相步进电动机的典型结构与展开图（实际电机） 对于实际反应式步进电机，其转子齿数需满足下列条件： （11-37） 式中，2p为反应式步进电动机定子的极数；m 为定子相数；K为任意正整数。 由于经过一个通电周期后转子转过一个齿距，同时考虑到每个电脉冲周期是由 N拍组成，则每个电脉冲（或每拍）作用下转子所转过的角位移即步距角为： 结论 （11-38） 上式表明，步距角 与转子齿数 和拍数 有关，而拍数又进一步与步进电动机 定子绕组的相数和通电方式有关。 步进电动机转子的转角（或转速）与定子绕组的输入脉冲保持严格的比例（或同步）关系。 步进电动机相当于一个速比为 或 的齿轮减速机构。 设通电脉冲的频率为 ，则经过一个通电周期（即 N个电脉冲）后转子转过一个 齿距。相应的转子转过一个齿距所用的时间为 秒，转子每转过一周所用的时间为 。因此，转子转速为 ： （11-39） 而定子步进磁场的转速为： （11-40） 考虑到对于反应步进电动机，于是得反应式步进电机定子步进磁场与转子的转速之比 为： （11-41） 若采用单拍通电方式，则 ，从而 ；若采用双拍通电方式，则 ，从而 ，由此可见 ，步进电动机相当于一个速比为 或 的齿轮减速机构。 说明如下： 11.3.2 步进电动机的类型与结构 反应式步进电动机 单段式 多段式 永磁式步进电动机 混合式步进电动机 类型： 1.多段反应式步进电机（又称为轴向分相式步进电机）： 结构特点：定、转子铁心沿着轴向被分成几段，各段磁路独立。每段铁心沿圆周方向开有数量、形状相同的齿槽，并且各段定子（或转子）铁心沿圆周方向依次错开1/m齿距。每一段都有绕组激磁，组成单独一相，m段则组成m相步进电动机。 性能特点：步距角小、起动与运行频率高； 2. 永磁式步进电动机 结构特点:转子极数与定子每相极数相同; 通电方式：采用两相四拍通电方式时,按 顺序轮流导通,转子顺时针旋转，步距角为 ; 性能特点:步距角大、起动与运行频率低，需正、负脉冲供电,断电时具有自定位转矩。 图11.19 永磁式步进电动机的典型结构 3. 混合式步进电动机 结构特点:转子则由环形磁铁和两段铁心组成。每段铁心沿外圆周方向开有小齿，两段铁心上的小齿彼此错开1/2齿距。 性能特点:步距角小、起动与运行频率高,需正、负脉冲供电,断电时具有自定位转矩。 图11.20 混合式步进电动机的结构示意图 11.3.3 步进电动机的运行特性与主要参数 静态运行性能(矩角特性 ) 动态运行性能 (矩频特性 ) 1. 步进电动机的运行特性 矩角特性与静稳定区 定义: 矩角特性是指在定子绕组电流保持不变的情况下，电磁转矩 与失调角之间的关系: 失调角的定义见右图: 图11.21 步进电机的失调角与电磁转矩 A、矩角特性的计算: 电磁转矩顺时针方向为正； 转子齿顺时针领先定子齿轴线时的失调角为正； 转子相邻一对齿距所占的空间电角度为 规定: 设仅定子一相绕组通电，且忽略磁路的饱和效应,同时考虑到电感随失调角按周 期性变化并具有对称性，于是定、转子齿之间的电感可用Fourier级数表示为： （11-42）