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1、2008、11、15,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,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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。,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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
2、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。,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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：,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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,
3、C,定子,转子,IA,IB,IC,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,（3）工作过程,A 相通电使转子1、3齿和 AA 对齐。,C,A,B,B,C,A,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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
4、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,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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：,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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。,2008、11、
5、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,2、三相单双六拍,三相绕组的通电顺序为：AABBBCCCAA 共六拍。,工作过程：,A相通电，转子1、3齿和A相对齐。,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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。,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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。,B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15。,2008
6、、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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,BC通电,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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。,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电
7、力拖动基础,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。,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,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）。,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,若工作方式改为
8、三相六拍，则每通一个电脉冲，转子只转 1.5。,此电机的转动方向仍由相序决定。,同理，C 相通电再转3,（2）A 相断电、B 相通电后，转子只需转过1/3个 齿（3），使 B 相转子、定子对齐。,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,f：电脉冲的频率,转速,步进机通过一个电脉冲,转子转过的角度,称为步距角。,m:一个周期的运行拍数Zr：转子齿数,如：Zr=40,m=3 时,步距角,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,四、反应式步进电动机的运行特性,步进电动机不改变通电情况的运行状态称为静态运行。电机定子齿与转子齿中心线之间的夹角 叫做失调角，用电角度表
9、示。步进电动机静态运行时转子受到的反应转矩 叫做静转矩，通常以使 增加的方向为正。步进电机的静转矩 与失调角之间的关系 叫做矩角特性。,静态运行状态,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,步进电动机的转矩和转角,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,步进电动机的主要参数:,1、步距角,2、转速,3、功角特性和转矩特性,4、起动频率和工作频率,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,五、步进电动机的控制及电源,步进电动机的控制绕组中需要一系列的有一定规律的电脉冲信号，从而使电机按照生产要求运行。这个产生一系列有一定规律的电脉冲信号的电源称为驱动电源。步进电动机的驱动电源主要包括变频信号源、脉冲分配器和脉冲放大器三个部分，其方框图如图所示。,1、传统型控制,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,2、现代型控制,1）单片机直接控制,2）单片机控制专用芯片,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,不可编程芯片L298控制,2008、11、15,河海大学常州校区电机与电力拖动基础,可编程芯片MMC-1控制,
