反應式步進電機的結構及工作原理詳解

反應式步進電機的結構及工作原理詳解步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)掌握元件，在非超載的狀況下，電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使得在速度、位置等掌握領域用步進電機來掌握變的特別的簡潔。

本文我主要介紹的是反應式步進電機的結構及工作原理，以三相及四相反應式步進電機為例子具體解說其工作原理。

反應式步進電機簡介

反應式步進電機，是一種傳統(tǒng)的步進電機，由磁性轉子鐵芯通過與由定子產生的脈沖電磁場相互作用而產生轉動。

反應式步進電機工作原理比較簡潔，轉子上勻稱分布著許多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉子齒軸線錯開。電機的位置和速度由導電次數（脈沖數）和頻率成一一對應關系。而方向由導電挨次打算。市場上一般以二、三、四、五相的反應式步進機居多。

反應式步進電機的結構

反應式步進電動機的結構形式許多，按定轉子鐵芯的段數分為單段式和多段式兩種。

1、單段式步進電機

單段式步進電機是定轉子為一段鐵芯。由于各相繞組沿圓周方向勻稱排列所以又稱為徑向分相式。它是步進電動機中使用最多的一種結構形式。如圖4-4為相反應式步進電動機的徑向截面圖。定轉子鐵芯由硅鋼片疊壓而成，定子磁極為凸極式，磁極的極面上開有小齒。定子上有三套掌握繞組，每一套有兩個串聯的集中掌握繞組分別繞在徑向相對的兩個磁極上。每套繞組叫一相，三相繞組接成星形，所以定子磁極數通常為相數的兩倍，即2p=2m（p為極對數m為相數）轉子上沒有繞組，沿圓周也有勻稱的小齒，其齒距和定子磁極上小齒的齒距必需相等，而且轉子的齒數有肯定的限制。這種結構形式的優(yōu)點是制造簡便，精度易于保證，步距角可以做得較小。簡單得到較高的啟動和運行頻率。其缺點是在電機的直徑較小而相數又較多時，沿徑向分相較為困難，消耗功率大，斷電時無定位轉矩。

2、多段式步進電機

多段式步進電機是定轉子鐵芯沿電機軸向按相數分成m段。由于各相繞組沿著軸向分布，所以又稱為軸向分相式。按其磁路的結構特點有兩種，一種是主磁路仍為徑向，另一種是主磁路包含有軸向部分。

反應式步進電動機的特點

1、較高的力矩轉動慣量比

2、步進頻率較高，頻率響應快

3、不通電時可以自由轉動、結構簡潔、壽命長的特點。

反應式步進電機的工作原理

1、三相反應式步進電機的工作原理

旋轉：

如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉子不受任何力以下均同）。如B相通電，A，C相不通電時，齒2應與B對齊，此時轉子向右移過1/3て，此時齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移（て-1/3て）=2/3て。如C相通電，A，B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉子又向右移過1/3て，此時齒4與A偏移為1/3て對齊。如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉子又向右移過1/3て這樣經過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機轉子向右轉過一個齒距，假如不斷地按A，B，C，A……通電，電機就每步（每脈沖）1/3て，向右旋轉。如按A，C，B，A……通電，電機就反轉。

由此可見：電機的位置和速度由導電次數（脈沖數）和頻率成一一對應關系。而方向由導電挨次打算。不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及削減角度等方面考慮。往往采納A-AB-B-BC－C-CA-A這種導電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3て轉變?yōu)?/6て。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3て變?yōu)?/12て，1/24て，這就是電機細分驅動的基本理論依據。

不難推出：電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉子齒軸線偏移1/m，2/m……（m-1）/m，1。并且導電按肯定的相序電機就能正反轉被掌握——這是旋轉的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。

力矩：電機一旦通電，在定轉子間將產生磁場（磁通量Ф）當轉子與定子錯開肯定角度產生力F與（dФ/dθ）成正比S其磁通量Ф=Br*SBr為磁密，S為導磁面積F與L*D*Br成正比L為鐵芯有效長度，D為轉子直徑Br=N·I/RN·I為勵磁繞阻安匝數（電流乘匝數）R為磁阻。力矩=力*半徑力矩與電機有效體積*安匝數*磁密成正比（只考慮線性狀態(tài)）因此，電機有效體積越大，勵磁安匝數越大，定轉子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。

2、四相反應式步進電機工作原理

該步進電機為一四相步進電機，采納單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉動。圖1是該四相反應式步進電機工作原理示意圖。

開頭時，開關SB接通電源，SA、SC、SD斷開，B相磁極和轉子0、3號齒對齊，同時，轉子的1、4號齒就和C、D相繞組磁極產生錯齒，2、5號齒就和D、A相繞組磁極產生錯齒。當開關SC接通電源，SB、SA、SD斷開時，由于C相繞組的磁力線和1、4號齒之間磁力線的作用，使轉子轉動，1、4號齒和C相繞組的磁極對齊。而0、3號齒和A、B相繞組產生錯齒，2、5號齒就和A、D相繞組磁極產生錯齒。依次類推，A、B、C、D四相繞組輪番供電，則轉子會沿著A、B、C、D方向轉動。

四相步進電機根據通電挨次的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步