步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第一節(jié)

1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第一節(jié)第1頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四引例1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（Stepping Motor，或 Step Motor 、Stepper Motor）是一種可由電脈沖控制運(yùn)動(dòng)的特殊電動(dòng)機(jī)，可以通過(guò)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換控制的方法將脈沖電信號(hào)變換成相應(yīng)的角位移或線位移。因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也被稱為脈沖電動(dòng)機(jī)（Pulse Motor）。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能直接使用通常的直流或交流電源來(lái)驅(qū)動(dòng)，而是需要使用專門(mén)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器。在工業(yè)生產(chǎn)中被應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、打印機(jī)、繪圖儀、機(jī)器人控制等。第2頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四引例2 通過(guò)一定的控制方式，可以使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)

2、的角位移或線位移與脈沖數(shù)成正比，即其轉(zhuǎn)速或線速度與輸入控制脈沖的頻率成正比。 在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所能承受的負(fù)載能力范圍內(nèi)，這種關(guān)系不會(huì)因電源電壓、負(fù)載大小以及環(huán)境條件的波動(dòng)而變化，因而在系統(tǒng)中可以采用開(kāi)環(huán)的方式進(jìn)行運(yùn)動(dòng)控制，從而使控制系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化。通常步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以在較寬的范圍內(nèi)通過(guò)改變輸入控制脈沖的頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)速，并能夠做到快速起動(dòng)、反轉(zhuǎn)和制動(dòng)。由于它能直接利用脈沖數(shù)字信號(hào)進(jìn)行控制并將其轉(zhuǎn)換成角位移，因而很適合于采用計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)字式控制的場(chǎng)合。第3頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四一些使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的機(jī)器、設(shè)備。機(jī)器人 打印機(jī) 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制器 數(shù)控機(jī)床 數(shù)控機(jī)床 第4頁(yè)

3、，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介傳統(tǒng)的交直流電動(dòng)機(jī)主要功能是將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的效率是衡量它性能優(yōu)劣的主要指標(biāo)。隨著社會(huì)生產(chǎn)及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在生產(chǎn)、生活中除了要求電動(dòng)機(jī)完成機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的功能，還提出了運(yùn)動(dòng)控制方面的要求，如實(shí)現(xiàn)角速度和角位移的控制。對(duì)于控制應(yīng)用來(lái)說(shuō)，主要控制指標(biāo)包括:穩(wěn)速精度、調(diào)速范圍、動(dòng)態(tài)響應(yīng)、跟隨精度及定位精度等。在現(xiàn)代高性能運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)和交流伺服電動(dòng)機(jī)成為主要角色。其中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最早成為適應(yīng)計(jì)算機(jī)控制的運(yùn)動(dòng)控制電動(dòng)機(jī)，在上世紀(jì)60年代有較大的進(jìn)展，二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的專利也是那時(shí)提出

4、的，70和80年代步進(jìn)電動(dòng)機(jī)迅速發(fā)展，在計(jì)算機(jī)外設(shè)和辦公自動(dòng)化設(shè)備中廣泛應(yīng)用，并迅速推廣到很多工業(yè)裝置，包括數(shù)控車床。第5頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介使電機(jī)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)的作用力可以表現(xiàn)為兩種形式：一種是由電磁作用原理產(chǎn)生的，作用力是定/轉(zhuǎn)子兩個(gè)磁場(chǎng)相互作用的結(jié)果，其作用力的來(lái)源類似于兩個(gè)磁鐵的同極性相排斥異極性相吸引而產(chǎn)生作用力的現(xiàn)象，目前大部分電機(jī)也都是遵循這一原理，例如一般的直流電機(jī)和交流電機(jī)。交流電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子繞組通電產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，而轉(zhuǎn)子由于形成切割磁力線的等效作用在其內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流，與定子繞組產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)相互作用形成運(yùn)動(dòng)所需的電磁力，從

5、而產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。為了產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)所需的一定強(qiáng)度的感應(yīng)電流，交流電動(dòng)機(jī)在原理上就會(huì)要求旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)速上有一定限制。第6頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的電磁力所有電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)所需的力都源于電磁力。與交流電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)不同的是，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)的所需的電磁力是由定子繞組因通電產(chǎn)生的磁場(chǎng)，對(duì)由磁性材料按照一定形狀做成的轉(zhuǎn)子磁極的吸引力形成的。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)類似于同步電機(jī)在同步轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的狀態(tài)，即由定子線圈通過(guò)電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)吸引轉(zhuǎn)子形成轉(zhuǎn)動(dòng)所需的作用力，磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)。在這一過(guò)程中并不需要在轉(zhuǎn)子內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流及其產(chǎn)生的相應(yīng)的磁場(chǎng)，可以以走一步停一下的即步進(jìn)的方式

6、運(yùn)行。第7頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介另一種是由磁阻原理產(chǎn)生的。作用力則是由定/轉(zhuǎn)子間氣隙磁阻的變化產(chǎn)生的，當(dāng)定子繞組通電時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)單相磁場(chǎng)作用于轉(zhuǎn)子，由于磁場(chǎng)在轉(zhuǎn)子與定子之間的分布要遵循磁阻最小原則（或磁導(dǎo)最大原則），即磁通總要沿著磁阻最小（磁導(dǎo)最大）的路徑閉合，因此，當(dāng)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的磁場(chǎng)的磁極軸線與定子磁極的軸線不重合時(shí)，便會(huì)有磁阻力作用在轉(zhuǎn)子上并產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩使其趨于磁阻最小的位置，即兩軸線重合位置，這類似于磁鐵吸引鐵質(zhì)物質(zhì)的現(xiàn)象。第8頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介以上兩種產(chǎn)生力矩的方式都被用于步進(jìn)電動(dòng)

7、機(jī)，如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有激磁式、反應(yīng)式及混合式等。其中激磁式是由電磁作用產(chǎn)生力矩的，而反應(yīng)式是由磁阻原理產(chǎn)生力矩的。而混合式則同時(shí)利用了兩種形式的作用。由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)所需的電磁力并不是由于感應(yīng)電流產(chǎn)生的，通過(guò)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，并按一定的規(guī)則控制定子繞組的電流，可以使轉(zhuǎn)子以一步步的方式來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且可以停在某一位置，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)或位置控制。因此可以方便地用來(lái)實(shí)現(xiàn)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移。通過(guò)結(jié)構(gòu)上的設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)每輸入一個(gè)電脈沖信號(hào)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)就走一步。第9頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四步進(jìn)電動(dòng)機(jī)走一步的角度大小稱為步距角，這種步進(jìn)式運(yùn)動(dòng)不同于普通勻速旋轉(zhuǎn)的電機(jī)，所以稱為步進(jìn)電

8、動(dòng)機(jī)。由于其工作電源是脈沖電壓，因此步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也稱為脈沖電機(jī)。這也是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)名稱的由來(lái)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由專用控制電源供給電脈沖信號(hào)，電脈沖信號(hào)也稱為走步脈沖信號(hào)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)是受走步脈沖信號(hào)控制的，因此適合于作為數(shù)字控制系統(tǒng)的伺服元件。它的直線位移量或角位移量與電脈沖數(shù)成正比，所以電機(jī)的線速度或轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。通過(guò)改變脈沖頻率的高低，就可以在很大的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，并能實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)。第10頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡(jiǎn)介當(dāng)在設(shè)計(jì)條件下工作時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角和轉(zhuǎn)速的大小不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響，也不受環(huán)境條件如清晰度、氣

9、壓、沖擊和振動(dòng)等影響，它僅與電脈沖頻率有關(guān)，每轉(zhuǎn)一周都有固定的步數(shù)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在不丟步的情況下運(yùn)行，其步距誤差不會(huì)長(zhǎng)期積累。這些優(yōu)點(diǎn)使它完全適用于數(shù)字控制的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中作為伺服元件，并使整個(gè)系統(tǒng)大為簡(jiǎn)化而又運(yùn)行可靠。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)存在功耗大，效率低，帶負(fù)載能力不強(qiáng)，且易出現(xiàn)共振或振蕩現(xiàn)象等缺點(diǎn)。當(dāng)采用速度和位置檢測(cè)裝置后，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)也可用于閉環(huán)位置伺服系統(tǒng)，但這種情況下其性能和成本難以與無(wú)刷直流電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)。第11頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分類1) 按轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理分為a.反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。b.激磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。這類步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又分為電磁式與永磁式；c.混合式

10、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。同時(shí)混合使用前兩種方式。2)按輸出轉(zhuǎn)矩的大小分為a功率步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(動(dòng)力式)，轉(zhuǎn)矩一般在1公斤米以上，可直接用來(lái)拖動(dòng)執(zhí)行元件；b伺服式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)(指示式)，轉(zhuǎn)矩在幾百克厘米以下，多用于控制系統(tǒng)中。3) 按磁場(chǎng)方向分為a橫向磁場(chǎng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；b縱向磁場(chǎng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。第12頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)分類4) 按定轉(zhuǎn)子數(shù)目分為a.單定子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；b.雙定子及多定子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。5) 按定轉(zhuǎn)子相對(duì)位置可分為a.內(nèi)定子外轉(zhuǎn)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；b.外定子內(nèi)轉(zhuǎn)子式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；c.十雙定子式(內(nèi)外定子)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。另外也還可按繞組形式(集中、分布)，轉(zhuǎn)向

11、（可逆轉(zhuǎn)、不可逆轉(zhuǎn))、相數(shù)單相、兩相、三相及多相)等方法分類。在本章中，將按產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的原理來(lái)進(jìn)行分類及分別敘述。第13頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按產(chǎn)生轉(zhuǎn)距的方式不同可分為反應(yīng)式、激磁式及混合式三種。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定轉(zhuǎn)子都是凸極結(jié)構(gòu)，是利用磁阻最小原理工作。因?yàn)椴竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)凸極轉(zhuǎn)子的交軸磁阻與直軸磁阻不同，所以引起電樞反應(yīng)磁場(chǎng)按照磁阻最小原理產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，從而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)可以很多，因此步距角可以做得很小，即使沒(méi)有減速裝置，也可以低速、高精度地實(shí)現(xiàn)位置控制。激磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的激磁可以是永磁式或電磁激磁式，

12、通常是永磁式激磁。激磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子是由于具有磁場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩較大，但由于制造工藝的緣故，轉(zhuǎn)子磁極數(shù)目不能做的太多，因此步距角比較大?；旌鲜讲竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)兼有反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和永磁式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，可以做到步距角小而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩又大。第14頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理1.單定子三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理圖 4.1單定子三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)第15頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理（a）對(duì)齒 （b）錯(cuò)齒 圖 4.2定子與轉(zhuǎn)子間的磁導(dǎo)現(xiàn)象第16頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，

13、7點(diǎn)6分，星期四4.3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理磁阻式轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生的原理：在定子繞組由通電產(chǎn)生的相應(yīng)的電磁場(chǎng)的作用下，在定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒之間存在磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子小齒將被強(qiáng)行推動(dòng)到最大磁導(dǎo)率（或者最小磁阻）的位置（如圖4.2a所示，即定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對(duì)齊的位置），這一過(guò)程稱為對(duì)齒，并處于平衡狀態(tài)。同時(shí)這一過(guò)程中形成轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒對(duì)齊后，將不再產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的磁力，為了持續(xù)形成轉(zhuǎn)動(dòng)，必須使其它沒(méi)有對(duì)齊的即錯(cuò)齒（如圖4.2b所示）的定子小齒與轉(zhuǎn)子小齒產(chǎn)生磁力，并由磁阻作用形成轉(zhuǎn)矩。這一過(guò)程中即是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的電流換相。錯(cuò)齒的存在是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能夠旋轉(zhuǎn)的前提條件。所以，在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)中必須

14、保證有錯(cuò)齒的存在，也就是說(shuō)，當(dāng)某一相處于對(duì)齒狀態(tài)時(shí)，其他相必須處于錯(cuò)齒狀態(tài)。第17頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理定子的齒距角與轉(zhuǎn)子的相同，所不同的是，轉(zhuǎn)子的小齒是圓周分布的，而定子的小齒只分布在磁極上，屬于不完全齒。當(dāng)某一相處于對(duì)齒狀態(tài)時(shí)，該相磁極上的定子的所有小齒都與轉(zhuǎn)子上的小齒對(duì)齊。如果給處于錯(cuò)齒狀態(tài)的相通電，則轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下，將向磁導(dǎo)率最大（或磁阻最?。┑奈恢棉D(zhuǎn)動(dòng)，即向趨于對(duì)齒的狀態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)基于這一原理實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。第18頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理步進(jìn)電動(dòng)機(jī)中最簡(jiǎn)單的

15、結(jié)構(gòu)圖 4.3 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理及其繞組的通電順序（a）三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理 （b）三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組等效電路圖第19頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理當(dāng)定子繞組通電及換相時(shí)，將會(huì)產(chǎn)生使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)的力矩并使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。根據(jù)通電及換相的方法的不同，可以有以下幾種轉(zhuǎn)動(dòng)方式：1）通電方式為UVWU的順序輪流供電且一相通電、兩相斷電的方式。此時(shí)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每換一次通電方式，轉(zhuǎn)子按順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)60o。如果按UWVU順序輪流供電，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。稱這種方式為“三相三位”或“單三拍”分配方式。2）通電方式為UUVVVWWWUU(或反順序)，則稱為“

16、三相六位”或“三相六拍”。此時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每步為30o，步距角減小一半。3）如果通電方式為UVVWWUUV，則稱為雙三拍”，步距角仍為60o。第20頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理實(shí)際應(yīng)用中，要求的步距角要小得多。定子每個(gè)磁極的內(nèi)表面都分布著多個(gè)小齒（如圖4.1所示），它們大小相同，間距相同。轉(zhuǎn)子的外表面也均勻分布著小齒，這些小齒與定子磁極上的小齒齒距相同，形狀相似。由于小齒的齒距相同，所以不管是定子還是轉(zhuǎn)子，它們的齒距角都可以由式z = 2/Z 來(lái)計(jì)算，其中Z 為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。第21頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.

17、3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相數(shù)m通常為三至六相，每相一對(duì)磁極。大的可采用多對(duì)極，小的可采用每相一個(gè)極。為了實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子齒與定子齒能自動(dòng)錯(cuò)位，使電機(jī)中一相磁極的一個(gè)定子齒和一個(gè)轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊時(shí)，其它的齒應(yīng)錯(cuò)開(kāi)一定的角度。則必須滿足如下二個(gè)條件： 1）在相同的磁極下，對(duì)應(yīng)的定子與轉(zhuǎn)子齒應(yīng)同時(shí)對(duì)齊或同時(shí)錯(cuò)開(kāi)，使在各同名相下產(chǎn)生的反應(yīng)轉(zhuǎn)矩大小相等，方向相同，因此要求轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zr是一相磁極對(duì)數(shù)的倍數(shù)，即Zr = 2pk(2)在不同相的極下，定子與轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)應(yīng)置應(yīng)依次錯(cuò)開(kāi)1m齒，從而使變換通電狀態(tài)時(shí)，轉(zhuǎn)子能連續(xù)步進(jìn)，因而轉(zhuǎn)子齒數(shù)不能是總極數(shù)的倍數(shù)，即Zr 2mpk式中 m-電機(jī)的相數(shù)p-電機(jī)

18、的極對(duì)數(shù)（每相）k-正整數(shù)第22頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.3.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理?yè)?jù)此，當(dāng)定子前后相的磁極在相鄰位置上時(shí)，如圖4.4a所示，轉(zhuǎn)子齒數(shù)應(yīng)為Zr = 2mpk 2p當(dāng)前后相的磁極在相隔一個(gè)極的位置時(shí)，如圖4.4（b）所示，轉(zhuǎn)子齒數(shù)應(yīng)Zr=2mpkp第23頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.2.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)定子鐵心 定子鐵心為凸極結(jié)構(gòu)，由硅鋼片迭壓而成。在面向氣隙的定子鐵心表面有齒距相等的小齒。圖4-1 四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)定子繞組 定子每極上套有一個(gè)集中繞組，相對(duì)兩極的繞組串聯(lián)構(gòu)成一相。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以做成二相、三相、四相

19、、五相、六相、八相等。轉(zhuǎn)子 轉(zhuǎn)子上只有齒槽沒(méi)有繞組，系統(tǒng)工作要求不同，轉(zhuǎn)子齒數(shù)也不同。4.2 反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理第24頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.2.2 工作原理1. 工作原理以四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例。定子有八個(gè)極，相對(duì)兩極的繞組串聯(lián)成一相，構(gòu)成四相；轉(zhuǎn)子六個(gè)齒，齒寬等于定子極靴的寬度。 （a）A相通電（b）C相通電（c）B相通電（d）D相通電圖4-2 四相單四拍運(yùn)行A相繞組通電，在磁阻轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子齒1和4的軸線與定子A極軸線對(duì)齊；斷開(kāi)A相接通C相，轉(zhuǎn)子齒3和6的軸線與C極軸線對(duì)齊，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)15；斷開(kāi)C相接通B相，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過(guò)15；斷開(kāi)

20、B相接通D相，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)15。經(jīng)過(guò)一個(gè)通電循環(huán)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角。第25頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四 四相單四拍每次只接通一相繞組的四相供電方式稱為四相單四拍。 四相雙四拍（圖）每次同時(shí)接通兩相繞組，如ACCBBDDA，也是四拍一個(gè)循環(huán)，則稱為四相雙四拍。雙拍運(yùn)行與單拍運(yùn)行時(shí)步距角相同，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩一般會(huì)增加。 四相八拍AACCCBBBDDDA。步距角變?yōu)樵瓉?lái)的二分之一。2. 運(yùn)行方式 拍和步距角電機(jī)通電方式變換一次，稱為一拍。每一拍轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，稱為步距角 。如何使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)？4.2.2 工作原理（圖）（圖）第26頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分

21、，星期四四相單四拍A C B D四相雙四拍ACCB BD DA 四相單八拍 A AC C CB B BD D DA 第27頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四如圖轉(zhuǎn)子上共有50個(gè)齒，齒距角定子極距為 個(gè)齒。3. 實(shí)用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)如何減小步距角？增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)，同時(shí)在定子極面上開(kāi)槽，定、轉(zhuǎn)子的齒形要相同。圖4-1 四相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)子齒數(shù)應(yīng)滿足4.2.2 工作原理第28頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四 四相單四拍運(yùn)行通電方式為ACBD。A相繞組通電，轉(zhuǎn)子齒軸線和定子磁極A上的齒軸線對(duì)齊；斷開(kāi)A相接通C相，在磁阻轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)過(guò)四分

22、之一齒距角（1.8），使轉(zhuǎn)子齒軸線和定子磁極C下的齒軸線對(duì)齊； 。圖4-4 A相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置 每換接一次繞組，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)14齒距角。四步完成一個(gè)循環(huán)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)7.2 4.2.2 工作原理第29頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四 四相八拍運(yùn)行 通電方式為AACCCBBBDDDA。 A相繞組通電，轉(zhuǎn)子齒軸線和定子磁極A上的齒軸線對(duì)齊；圖4-5 A、C兩相通電時(shí)定、轉(zhuǎn)子齒的相對(duì)位置A、C兩相同時(shí)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蛑晦D(zhuǎn)過(guò)1/8齒距角（0.9）；。每換接一次繞組，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)18齒距角。 四相八拍運(yùn)行時(shí)的步距角是四相四拍運(yùn)行時(shí)的一半。 四相雙四拍運(yùn)行通電方式為ACCBBDDA。步距角與四相單四拍運(yùn)行時(shí)一樣為1/4齒距角，即1.8。 4.2.2 工作原理第30頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四4.2.3基本特點(diǎn)1每相脈沖頻率 步進(jìn)電機(jī)的系統(tǒng)框圖 脈沖電源環(huán)形分配器放大器步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 圖4-6 脈沖控制方框圖 “環(huán)形分配器”按給定規(guī)律分配輸入脈沖。對(duì)于三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，環(huán) 形分配器是一路輸入，三路輸出。 三相單三拍運(yùn)行時(shí)，第一個(gè)電脈沖分給A相；第二個(gè)電脈沖分給B 相；第三個(gè)電脈沖分給C相，完成一個(gè)循環(huán)。第31頁(yè)，共35頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)6分，星期四 三相雙三