步進電動機

步進電動機
步進電動機將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移。主要要求：動作靈敏、準確、重量輕、體積小、運行可靠、耗電少等。

步進電動機的結(jié)構(gòu)與基本工作原理
機理：步進電機是利用電磁鐵原理，將脈沖信號 轉(zhuǎn)換成線位移或角位移的電機。每來一個電脈沖，電機轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機械移動一小段距離。

三相反應(yīng)式步進電動機的工作原理如圖所示，其中步進電動機的定子上有6個齒，其上分別纏有WA、WB、WC三相繞組，構(gòu)成三對磁極，轉(zhuǎn)子上則均勻分布著4個齒。步進電動機采用直流電源供電。當WA、WB、WC三相繞組輪流通電時，通過電磁力吸引步進電動機轉(zhuǎn)子一步一步地旋轉(zhuǎn)。
    假設(shè)在初始狀態(tài)時，A相通電，其他兩相斷電，在磁力作用下，轉(zhuǎn)子的1、3兩齒與磁極A對齊。
    然后切斷A相電源，同時接通B相，則由于電磁力作用，轉(zhuǎn)子將逆時針轉(zhuǎn)過30度，使靠近磁極B的2、4兩齒與B對齊。
    接著再切斷B相電源，接通C相，轉(zhuǎn)子又逆時針回轉(zhuǎn)30度，使靠近磁極C的1、3兩齒與C對齊。
    如果按上述通斷電順序（即A→B→C→A……）連續(xù)向各相繞組供電，則步進電動機將按逆時針方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。每通斷電一次，步進電動機轉(zhuǎn)過30度，稱為一個步距角。如果改變各繞組的通斷電順序，如A→C→B→A→……，步進電動機將按順時針方向旋轉(zhuǎn)。如果改變繞組的通斷電頻率，則可改變步進電機的轉(zhuǎn)速。

步進電動機的特點：
      (1)來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。
      (2)控制脈沖頻率，可控制電機轉(zhuǎn)速。
      (3)改變脈沖順序，改變方向。

步進電動機的種類
    根據(jù)勵磁式方式的不同分為：反應(yīng)式、永磁式和混合式（又叫感應(yīng)子式）三種。反應(yīng)式步進電機的應(yīng)用較多。
下面以反應(yīng)式步進電機為例說明步進電機的結(jié)構(gòu)和工作原理。

圖7-20 （a）三相反應(yīng)式步進電動機工作原理圖

A 相通電，A 方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。
A 相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和 AA' 對齊。

圖7-20 （b）三相反應(yīng)式步進電動機工作原理圖

同理，B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉(zhuǎn)30；

圖7-20 （c）三相反應(yīng)式步進電動機工作原理圖

最后，C相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒和C相軸線對齊，相對B相通電比較，轉(zhuǎn)子再次轉(zhuǎn)動30。

步進電動機的結(jié)構(gòu)
步進機主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子。它們均由磁性材料構(gòu)成，以三相為例其定子和轉(zhuǎn)子上分別有六個、四個磁極 。

步進電動機結(jié)構(gòu)簡圖

定子的六個磁極上有控制繞組，兩個相對的磁極組成一相。
注意：這里的相和交流電中的“相”的概念不同。步進機通的是直流電脈沖，這主要是指線圖的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。

圖7-22 三相反應(yīng)式步進電動機結(jié)構(gòu)原理圖

步進電動機工作方式
(以三相步進電機為例)步進電機的工作方式可分為：三相單三拍、三相六拍、三相雙三拍等。
一、三相單三拍
三相繞組中的通電順序為：

這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個循環(huán)周期共包括三個脈沖，所以稱三相單三拍。
三相單三拍的特點：
1）每來一個電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過 30。此角稱為步距角，用b表示。
2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。

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步進電機的應(yīng)用
          主要用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，精度高，運行可靠。如采用位置檢測和速度反饋，亦可實現(xiàn)閉環(huán)控制。步進電動機已廣泛地應(yīng)用于數(shù)字控制系統(tǒng)中，如數(shù)模轉(zhuǎn)換裝置、數(shù)控機床、計算機外圍設(shè)備、自動記錄儀、鐘表等之中，另外在工業(yè)自動化生產(chǎn)線、印刷設(shè)備等中亦有應(yīng)用。