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河海大学常州校区电机与电力拖动基础 §7.4 步进电动机 一、概述 二、反应式步进电动机的工作原理和分类 三、反应式步进电动机的结构原理 四、反应式步进电动机的运行特性 五、步进电动机的电源 一、概述 步进电机是一种特殊电机，它是将输入的电脉冲转换成转子转过的角度，给一个脉冲转过一个角度，精度非常高。 步进电机需要一个特殊电源，能够产生脉冲并分配脉冲。 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： 步进电机的应用非常广泛。如：在数控机床、自动 绘图仪等设备中都得到应用。 下面以三相反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。 二、反应式步进电动机的工作原理和分类 步进电机主要由两部分构成：定子和转子，它们均由导磁材料构成。例下图分别有六个、四个齿(极) 。 定子 转子 定子绕组 三相反应式： 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。 A B C 定子 转子 IA IB IC 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。 1、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 化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。 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 A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。 C A B B C A 3 4 1 2 C A B B C A 3 4 1 2 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?。 1 C 3 4 2 C A B B A 转子有四个齿，每个齿3600/4=900 定子有三相，即 m=3 转过的角度为300 后可知 ?S=3600/Zrm 寻找规律： 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。 2、三相单双六拍 三相绕组的通电顺序为： A?AB?B?BC?C?CA?A 共六拍。 工作过程： A相通电，转子1、3齿和A相对齐。 C A B B C A 3 4 1 2 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°。 （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。 A、B相同时通电 （2）AA 磁场继续对1、3齿有拉力。 C A B B C A 3 4 1 2 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?。 C A B B C A 3 4 1 2 B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15?。 3、三相双三拍 三相绕组的通电顺序为： AB ? BC ? CA ? AB 共三拍。 AB通电 C A B B C A 3 4 1 2 BC通电 C A B B C A 3 4 1 2 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。 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?。 CA通电 C A B B C A 3 4 1 2 三、反应式步进电动机的结构原理 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。 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? = 齿 A 相和 C 相差240?，含240?/ 9? = 个齿。所以，A 相的转子、定子的五个小齿对齐时，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?）。 若工作