第五章 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制

第五章步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其控制第1頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.1概述三種經(jīng)典電機(jī)：直流電機(jī)，異步電機(jī)，同步電機(jī)。近年來(lái)步進(jìn)電機(jī)性能提高，應(yīng)用廣。步進(jìn)電機(jī)典型應(yīng)用：電子鐘表，打印機(jī)。程序控制系統(tǒng)，數(shù)字控制系統(tǒng)。第2頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行特性1.一步一步前進(jìn)。電機(jī)名稱的由來(lái)。

Stepmotor,steppingmotor2.電流的形式：脈沖電流。3.轉(zhuǎn)速與磁場(chǎng)轉(zhuǎn)速的關(guān)系：基本同步。第3頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三優(yōu)點(diǎn)1.控制原理和控制方法簡(jiǎn)單。開(kāi)環(huán)控制。開(kāi)環(huán)位置控制。脈沖控制。2.不用電刷和換向器，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。3.適用于計(jì)算機(jī)控制。第4頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三缺點(diǎn)1.功率和力矩小，負(fù)載慣量小。2.效率低。3.一臺(tái)電機(jī)配一臺(tái)驅(qū)動(dòng)器。4.功率小，不宜驅(qū)動(dòng)大的機(jī)械裝置。5.響應(yīng)速度低。(運(yùn)行速度不低)6.每步前進(jìn)的角度固定。7.在某些轉(zhuǎn)速范圍發(fā)生振蕩。第5頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三步進(jìn)電機(jī)的類型磁阻式步進(jìn)電機(jī)永磁式步進(jìn)電機(jī)混合式步進(jìn)電機(jī)第6頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.2磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理5.2.1磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)基本結(jié)構(gòu)定子：鐵心，繞組，端蓋，外殼。轉(zhuǎn)子：鐵心，軸。第7頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第8頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

定子詳細(xì)結(jié)構(gòu)軟磁磁極，磁極有繞組。繞組數(shù)=磁極數(shù)。8個(gè)磁極，8個(gè)繞組。繞組分成m相。每相兩個(gè)繞組，位于一條直徑兩端。2p=2m，磁極表面有均布的小齒。第9頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

轉(zhuǎn)子詳細(xì)結(jié)構(gòu)沒(méi)有繞組。軟磁鐵心，外圓上有小齒，與定子小齒完全相同。齒距角：兩齒中心線的夾角。第10頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

對(duì)轉(zhuǎn)子齒數(shù)的規(guī)定（特點(diǎn)）若某一磁極下定、轉(zhuǎn)子的齒對(duì)齊，則同一相的另一個(gè)磁極下的定、轉(zhuǎn)子的小齒也是對(duì)齊的。

相鄰極下的定、轉(zhuǎn)子齒之間錯(cuò)開(kāi)轉(zhuǎn)子齒距的1/m。

第11頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

磁路磁阻特點(diǎn)（1相極下）齒與齒對(duì)齊，磁阻最小，齒與槽對(duì)齊，磁阻最大。磁阻與轉(zhuǎn)角有關(guān)，隨轉(zhuǎn)角變化而變化。變磁阻電機(jī)。

Variablereluctance第12頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三結(jié)構(gòu)特點(diǎn)總結(jié)1）定子和轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料組成，只有定子有繞組。2）轉(zhuǎn)子有齒，齒數(shù)應(yīng)滿足規(guī)定。3）磁阻與轉(zhuǎn)角有關(guān)，隨轉(zhuǎn)角的變化而變化。第13頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三5.2.2磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理1.簡(jiǎn)述旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)+磁阻轉(zhuǎn)矩與磁阻同步電機(jī)相似各相繞組輪流通電，形成步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。磁阻轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，使磁阻減小，直到磁阻最小的位置。第14頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三2.無(wú)小齒的三相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第15頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的產(chǎn)生各繞組周期性通電。各相繞組輪流通電，形成步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng).磁場(chǎng)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。通電一周期，磁場(chǎng)軸線轉(zhuǎn)過(guò)180°。第16頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)情況周期性通電。第17頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)情況周期性通電。通電一周期，轉(zhuǎn)子逆時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子的一個(gè)齒距角。第18頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三改變通電順序。

磁場(chǎng)和轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)角大小不變。通電一周期，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子的一個(gè)齒距角。第19頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三結(jié)論1)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相繞組輪流通電，形成步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向取決于通電的順序。為了使電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，通電狀態(tài)的變化應(yīng)當(dāng)是周期性的。2)改變1次通電狀態(tài)，走1步。通電狀態(tài)完成一個(gè)周期，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子的一個(gè)齒距角。第20頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三結(jié)論1)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)各相繞組輪流通電，形成步進(jìn)式旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)動(dòng)方向取決于通電的順序。2)改變1次通電狀態(tài)，走1步。通電狀態(tài)完成一個(gè)周期，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子的一個(gè)齒距角。3)轉(zhuǎn)角大小取決于通電狀態(tài)變化次數(shù)，轉(zhuǎn)速取決于通斷電的頻率。4)一個(gè)磁極下定、轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊，相鄰磁極下齒必須錯(cuò)開(kāi)，才能前進(jìn)。第21頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.拍數(shù)與步距角拍數(shù):記為N。如上述電機(jī)，拍數(shù)為3。在通、斷電的一個(gè)周期內(nèi)，通電狀態(tài)改變的次數(shù)也就是拍數(shù)。改變一次通電狀態(tài)也稱為1拍。第22頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三

3.拍數(shù)與步距角步距角：

即每一拍(步)所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，記為θb。如何計(jì)算步距角？每個(gè)通電周期共N拍，走N步，轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角θt，故上述電機(jī)第23頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三3.拍數(shù)與步距角上述電機(jī)對(duì)于很多情況，步距角太大。應(yīng)增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)。第24頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三4.有小齒的四相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

定子8極4相繞組。一個(gè)極包含的齒數(shù)第25頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第26頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第27頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第28頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第29頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第30頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第31頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三正向1拍通電一周期，轉(zhuǎn)一個(gè)齒距角。第32頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反向通電反轉(zhuǎn)，1拍通電一周期，轉(zhuǎn)一個(gè)齒距角。第33頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三反向通電反轉(zhuǎn)，1拍通電一周期，轉(zhuǎn)一個(gè)齒距角。第34頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三兩相通電第35頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三兩相通電第36頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三兩相通電第37頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第38頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第39頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第40頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第41頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三第42頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三結(jié)論：增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)，可以減小齒距角。增加轉(zhuǎn)子齒數(shù)，增加拍數(shù)，都可以減小步距角，提高運(yùn)行精度。第43頁(yè)，共46頁(yè)，2023年，2月20日，星期三例題1：三相磁阻式步進(jìn)電機(jī)有62個(gè)齒，計(jì)算單拍、雙拍制