步进电机及其控制系统.ppt

第1页，共27页，星期日，2025年，2月5日13.1步进电动机结构与工作原理

步进电动机是一种将电脉冲信号转换成机械位移的机电执行元件。步进电动机的分类：工作原理反应式永磁式混合式输出转矩大小快速步进电机功率步进电机励磁相数二、三、四、五、六、八相等角位移输入脉冲个数运行速度输入脉冲频率第2页，共27页，星期日，2025年，2月5日特点:(1)来一个脉冲，转一个步距角。(2)控制脉冲频率，可控制电机转速。(3)改变脉冲顺序，可改变转动方向。步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。13.1步进电动机结构与工作原理第3页，共27页，星期日，2025年，2月5日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。种类：励磁式和反应式两种。下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。13.1步进电动机结构与工作原理第4页，共27页，星期日，2025年，2月5日步进电动机的工作原理给A相绕组通电时，转子位置如图（a），转子齿偏离定子齿一个角度。由于励磁磁通力图沿磁阻最小路径通过，因此对转子产生电磁吸力，迫使转子齿转动，当转子转到与定子齿对齐位置时(图b)，因转子只受径向力而无切线力，故转矩为零，转子被锁定在这个位置上。由此可见：错齿是助使步进电机旋转的根本原因。第5页，共27页，星期日，2025年，2月5日三相反应式步进电动机的原理结构图如下：ABCIAIBIC定子内圆周均匀分布着六个磁极，磁极上有励磁绕组，每两个相对的绕组组成一相。转子有四个齿。定子转子第6页，共27页，星期日，2025年，2月5日13.1.1三相单三拍CABBCA3412A相绕组通电，B、C相不通电。由于在磁场作用下，转子总是力图旋转到磁阻最小的位置，故在这种情况下，转子必然转到左图所示位置：1、3齿与A、A′极对齐。13.1步进电动机结构与工作原理第7页，共27页，星期日，2025年，2月5日CABBCA3412同理，B相通电时，转子会转过30?角，2、4齿和B、B′磁极轴线对齐；当C相通电时，转子再转过30?角，1、3齿和C′、C磁极轴线对齐。1C342CABBA13.1步进电动机结构与工作原理第8页，共27页，星期日，2025年，2月5日这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称为三相单三拍工作方式。按A?B?C?A?……的顺序给三相绕组轮流通电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角)，每个通电循环周期(3拍)转过90°(一个齿距角)。13.1步进电动机结构与工作原理第9页，共27页，星期日，2025年，2月5日13.1.2三相六拍按A?AB?B?BC?C?CA的顺序给三相绕组轮流通电。这种方式可以获得更精确的控制特性。第10页，共27页，星期日，2025年，2月5日CABBCA3412CABBCA3412A相通电，转子1、3齿与A、A对齐。A、B相同时通电，A、A磁极拉住1、3齿，B、B磁极拉住2、4齿，转子转过15?，到达左图所示位置。第11页，共27页，星期日，2025年，2月5日CABBCA3412B相通电，转子2、4齿与B、B′对齐,又转过15?。3412CABBCAB、C相同时通电，C、C磁极拉住1、3齿，B、B磁极拉住2、4齿，转子再转过15?。第12页，共27页，星期日，2025年，2月5日三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下：A?AB?B?BC?C?CA，每个循环周期分为六拍。每拍转子转过15?（步距角），一个通电循环周期(6拍)转子转过90?(齿距角)。与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于需要精确定位的控制系统中。第13页，共27页，星期日，2025年，2月5日13.1.3三相双三拍按AB?BC?CA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两相绕组同时通电。第14页，