步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第一節(jié)

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)第一節(jié)第一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日引例1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（SteppingMotor，或StepMotor、StepperMotor）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)（PulseMotor）。 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驅(qū)動(dòng)，而是需要使用專門的步進(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。第二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日引例2通過一定的控制方式，可以使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)時(shí)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)通過改變輸入控制脈沖的頻率來實(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)來進(jìn)行數(shù)字式控制的場(chǎng)合。第三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日一些使用步進(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)床第四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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)用來說，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。第五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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。第六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日步進(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)的方式運(yùn)行。第七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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。第八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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)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實(shí)現(xiàn)將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成角位移或線位移。通過結(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。第九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日 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。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)。第十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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)長期積累。這些優(yōu)點(diǎn)使它完全適用于數(shù)字控制的開環(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刷直流電機(jī)競(jìng)爭(zhēng)。第十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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)。第十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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（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)矩的原理來進(jìn)行分類及分別敘述。第十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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，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。 混合式步進(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。第十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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)第十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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)象第十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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），這一過程稱為對(duì)齒，并處于平衡狀態(tài)。同時(shí)這一過程中形成轉(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)中必須保證有錯(cuò)齒的存在，也就是說，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)。第十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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（或磁阻最小）的位置轉(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)。第十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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)繞組等效電路圖第十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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U—V—W—U…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)針方向轉(zhuǎn)過60o。如果按U—W—V—U…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U—UV—V—VW—W—WU—U…(或反順序)，則稱為“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UV—VW—WU—UV…，則稱為‘雙三拍”，步距角仍為60o。第二十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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θz=2π/Z來計(jì)算，其中Z

為轉(zhuǎn)子的齒數(shù)。第二十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日4.3.1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，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1／m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)的極對(duì)數(shù)（每相）k--正整數(shù)第二十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日4.3.1步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理據(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=2mpk±p第二十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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、五相、六相、八相等。轉(zhuǎn)子

轉(zhuǎn)子上只有齒槽沒有繞組，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)和工作原理第二十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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)針方向轉(zhuǎn)過15°；斷開C相接通B相，轉(zhuǎn)子又轉(zhuǎn)過15°；斷開B相接通D相，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過15°。經(jīng)過一個(gè)通電循環(huán)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角。第二十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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AC→CB→BD→DA→…，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A→AC→C→CB→B→BD→D→DA→…。步距角變?yōu)樵瓉淼亩种弧?.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）第二十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日四相單四拍A→C→B→D…四相雙四拍AC→CB→BD→DA…四相單八拍A→AC→C→CB→B→BD→D→DA…第二十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日如圖轉(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工作原理第二十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日四相單四拍運(yùn)行通電方式為A→C→B→D→…。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A相接通C相，在磁阻轉(zhuǎn)矩作用下，轉(zhuǎn)子順時(shí)針方向轉(zhuǎn)過四分之一齒距角（1.8°），使轉(zhuǎn)子齒軸線和定子磁極C下的齒軸線對(duì)齊；…。圖4-4A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1／4齒距角。四步完成一個(gè)循環(huán)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過7.2°

4.2.2工作原理第二十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日四相八拍運(yùn)行

通電方式為A→AC→C→CB→B→BD→D→DA→…。

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4-5A、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)針方向只轉(zhuǎn)過1/8齒距角（0.9°）；…。每換接一次繞組，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過1／8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AC→CB→BD→DA→…。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工作原理第三十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日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)。第三十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期日三相雙三拍運(yùn)行時(shí)各相驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖。圖4-7三相單三拍驅(qū)動(dòng)信號(hào)波形圖每個(gè)循環(huán)包含的通電狀態(tài)數(shù)稱為“拍數(shù)”。拍數(shù)可等于相數(shù)或相數(shù)的二倍。每相脈沖頻率每循環(huán)一次，控制電脈沖的個(gè)數(shù)總等于拍數(shù)N，而加在每