步进电机结构与工作原理.pptVIP

步进电动机驱动控制器的构成 * 第13章 特种电机 13.7 步进电动机 步进电动机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制电机，常作为数字控制系统中的执行元件。 以反应式为例说明步进电机的结构和工作原理 通常按励磁方式分为三大类： 1）反应式： 转子为软磁材料，无绕组，定、转子开小齿、步距角小。 2）永磁式： 转子为永磁材料，转子的极数=每相定子极数，不开小齿，步距角较大，力矩较大 3）感应子式(混合式)： 转子为永磁式、两段，开小齿，转矩大、动态性能好、步距角小，但结构复杂，成本较高。 步进电动机的种类 13.7 步进电动机 步进电机主要由两部分构成：定子和转子，它们均由磁性材料构成。以三相为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极 。 定子 转子 定子绕组 13.7.1 步进电动机结构 13.7 步进电动机 步进电动机结构简图 步进电机内部结构 13.7 步进电动机 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，这主要是指线路的联接和组数的区别。 A B C 定子 转子 IA IB IC 13.7 步进电动机 13.7.2 工作原理 三相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。 一、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 13.7 步进电动机 （3）工作过程 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 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。 C A B B C A 3 4 1 2 13.7 步进电动机 A相通电 C A B B C A 3 4 1 2 B相通电 1 C 3 4 2 C A B B A C相通电 13.7 步进电动机 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。 13.7 步进电动机 反转： A 相 ? C 相? B 相 A 相 ? B 相 ? C 相 正转： 二、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 13.7 步进电动机 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 13.7 步进电动机 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?。 13.7 步进电动机 三、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 C A B B C A 3 4 1 2 BC通电 13.7 步进电动机 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 13.7 步进电动机 小步距角的步进电动机 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。 13.7 步进电动机 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。 13.7 步进电动机 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 13.7 步进电动机 A 相和 C 相差240?，含240?/ 9? = 个齿。所以，A 相的转子、定子的五个