公司地址：海南省三沙市富聯(lián)娛樂(lè)電機(jī)股份有限公司
電話：15936212002
傳真：400-822-6211
郵箱：595588519@qq.com
集團(tuán)網(wǎng)址：http://www.managedwebsolutions.com
主頁(yè)～金洋注冊(cè)～主頁(yè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)角位移的電動(dòng)機(jī)，每當(dāng)一個(gè)電脈沖加到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制繞組上時(shí)，它的軸就轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度，角位移量與電脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)常用作執(zhí)行元件。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按照勵(lì)磁方式分為磁阻式（又稱為反應(yīng)式）、永磁式和混磁式三種；按相數(shù)分為單相、兩相、三相和多相等形式。下面以三相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為例，介紹步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。
三相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)模型的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4－12所示。它的定、轉(zhuǎn)子鐵心都由硅鋼片疊壓而成。定子上有六個(gè)磁極，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的磁極上有同一相控制繞組，同一相控制繞組可以并聯(lián)或串聯(lián)；轉(zhuǎn)子鐵心上沒(méi)有繞組，只有四個(gè)齒，齒寬等于極靴寬。
三相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理圖如圖4－13所示。當(dāng)U相控制繞組通電，V、W兩相控制繞組不通電時(shí)，由于磁力線總是通過(guò)磁阻最小的路徑閉合，轉(zhuǎn)子將受到磁阻轉(zhuǎn)矩的作用，使轉(zhuǎn)子齒1和3與定子U相磁級(jí)軸線a所示。此時(shí)磁力線所通過(guò)的磁路磁阻最小，磁導(dǎo)最大，轉(zhuǎn)子只受徑向力而無(wú)切向力作用，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)V相控制繞組通電，U、W兩相控制繞組不通電時(shí)，與V相磁極最近的轉(zhuǎn)子齒2和4會(huì)旋轉(zhuǎn)到與V相磁極相對(duì)，轉(zhuǎn)子順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30，如圖4－13b所示。當(dāng)W相控制繞組通電，U、V兩相控制繞組不通電，與W相磁極最近的轉(zhuǎn)子齒1和3會(huì)旋轉(zhuǎn)到與W相磁極相對(duì)，轉(zhuǎn)子再次順時(shí)針轉(zhuǎn)過(guò)30，如圖4－13c所示。這樣按U－V－W－U的順序輪流給各相控制繞組通電，轉(zhuǎn)子就會(huì)在磁阻轉(zhuǎn)矩的作用下按順時(shí)針?lè)较蛞徊揭徊降霓D(zhuǎn)動(dòng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于繞組變換通電狀態(tài)的頻率，即輸入脈沖的頻率，旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序，若通電順序?yàn)閁－W－V－U，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)反向旋轉(zhuǎn)。
控制繞組從一種通電狀態(tài)變換到另一種通電狀態(tài)叫做“一拍”，每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度稱為步距角b。
上面的通電方式的特點(diǎn)是，每次只有一相控制繞組通電，切換三次為一個(gè)循環(huán)，稱為三相單三拍控制方式。三相單三拍控制方式由于每次只有一相通電，轉(zhuǎn)子在平衡位置附近來(lái)回?cái)[動(dòng)，運(yùn)行不穩(wěn)定，很少采用。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)除了單三相控制方式外，還有三相雙三拍控制方式和三相單、雙六拍控制方式。
三相雙三拍控制的通電順序?yàn)閁V－VW－WU－UV，每次有兩相繞組同時(shí)通電，每一循環(huán)也需要切換三次，步距角與三相單三拍控制方式相同，也為30。
三相單、雙六拍控制方式的通電順序?yàn)閁－UV－V－VW－W－WU－U，首先U相通電，然后U、V兩相同時(shí)通電，再斷開(kāi)U相使V相單獨(dú)通電，再使V、W兩相同時(shí)通電，等等，依此順序不斷輪流通電，完成一次循環(huán)需要六拍。三相六拍控制方式的步距角只有三相單三拍和雙三拍的一半，為15。
三相雙三拍控制方式和三相六拍控制方式在切換過(guò)程中始終保證有一相持續(xù)通電，力圖使轉(zhuǎn)子保持原有位置，工作比較平穩(wěn)。單三拍通電方式?jīng)]有這種作用，在切換瞬間，轉(zhuǎn)子失去自鎖能力，容易失步（即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)步數(shù)與拍數(shù)不相等），在平衡位置也容易產(chǎn)生振蕩。
可見(jiàn)，磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，與電壓和負(fù)載等因素?zé)o關(guān)。在轉(zhuǎn)子齒數(shù)一定時(shí)，轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率成正比，與拍數(shù)成反比。
三相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)模型的步距角太大，難于滿足生產(chǎn)中小位移量的要求，為了減小步距角，實(shí)際中將轉(zhuǎn)子和定子磁極都加工成多齒結(jié)構(gòu)。
圖4－14是三相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)圖，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為Zr＝40個(gè)，齒沿轉(zhuǎn)子圓周均勻分布，齒和槽的寬度相等，齒間夾角為9；定子上有六個(gè)磁極，每極的極靴上均勻分布有五個(gè)齒，齒寬和槽寬相等，齒間夾角也是9。磁極上裝有控制繞組,相對(duì)的兩個(gè)極的繞組串聯(lián)起來(lái)并且連接成三相星形。每個(gè)定子磁極的極距為60，每個(gè)極距所占的齒距數(shù)不是整數(shù)，當(dāng)U－U相繞組通電，U－U相磁極下的定、轉(zhuǎn)子齒對(duì)齊時(shí)，V－V磁極和W－W磁極下的齒就無(wú)法對(duì)齊，依次錯(cuò)開(kāi)1/3齒距角（即錯(cuò)開(kāi)3）。一般的，m相異步電動(dòng)機(jī)，依次錯(cuò)開(kāi)的距離為1/m齒距。
如果采用三相單三拍通電方式進(jìn)行控制，當(dāng)U相通電時(shí)，U磁極的定子齒和轉(zhuǎn)子齒完全對(duì)齊，而V磁極和W磁極下的定子齒和轉(zhuǎn)子齒無(wú)法對(duì)齊，依次錯(cuò)開(kāi)1/3和2/3齒距（即3和6）；當(dāng)U相斷電，V相
通電時(shí)，V磁極下的定子齒和轉(zhuǎn)子齒就會(huì)完全對(duì)齊，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)1/3齒距；同樣的，當(dāng)V相斷電，W相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)再次轉(zhuǎn)過(guò)1/3齒距。不難看出，通電方式循環(huán)改變一輪后，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距。
圖4－14所示的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的齒距角為9，采用三相單三拍通電時(shí)，通電方式循環(huán)一輪需要三拍，則步距角b為3，我們也可由步距角計(jì)算公式計(jì)算得出步距角為
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距所需的運(yùn)行拍數(shù)取決于電機(jī)的相數(shù)和通電方式，增加相數(shù)也可以減小步距角。但相數(shù)增多，所需驅(qū)動(dòng)電路就越復(fù)雜。常用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)除了三相以外，還有四相、五相和六相的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的靜特性，是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在穩(wěn)定狀態(tài)（即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)處于通電狀態(tài)不變，轉(zhuǎn)子保持不動(dòng)的定位狀態(tài)）時(shí)的特性，包括靜轉(zhuǎn)矩、矩角特性及靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)。靜轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)處于穩(wěn)定狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩。在穩(wěn)定狀態(tài)下，如果在轉(zhuǎn)子軸上加上負(fù)載轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)一定角度，并能穩(wěn)定下來(lái)，這時(shí)轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩與負(fù)載轉(zhuǎn)矩相等，該電磁轉(zhuǎn)矩即為靜轉(zhuǎn)矩，而角度即為失調(diào)角。對(duì)應(yīng)于某個(gè)失調(diào)角時(shí)，靜轉(zhuǎn)矩最大，稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。
當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制繞組的電脈沖時(shí)間間隔大于電機(jī)機(jī)電過(guò)渡過(guò)程所需的時(shí)間，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)入連續(xù)運(yùn)行狀態(tài)，這時(shí)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩和脈沖頻率的關(guān)系稱為矩頻特性。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩隨著脈沖頻率的升高而降低。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作頻率，一般包括起動(dòng)頻率、制動(dòng)頻率和連續(xù)運(yùn)行頻率。對(duì)同樣的負(fù)載轉(zhuǎn)矩來(lái)說(shuō)，正、反向的起動(dòng)頻率和制動(dòng)頻率是一樣的，所以一般技術(shù)數(shù)據(jù)中只給出起動(dòng)頻率和連續(xù)運(yùn)行頻率。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)頻率fst是指在一定負(fù)載轉(zhuǎn)矩下能夠不失步起動(dòng)的最高脈沖頻率。fst的大小與驅(qū)動(dòng)電路和負(fù)載大小有關(guān)。步距角b越小，負(fù)載越小，則起動(dòng)頻率越高。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)連續(xù)運(yùn)行頻率f是指步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)后，當(dāng)控制脈沖連續(xù)上升時(shí)，能不失步運(yùn)行的最高頻率，負(fù)載越小，連續(xù)運(yùn)行頻率越高。在帶動(dòng)相同負(fù)載時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的連續(xù)運(yùn)行頻率比起動(dòng)頻率高得多。
