運(yùn)動控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試（第2版）課件 4.2.2 步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu) b2

運(yùn)動控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試高等教育出版社主講：南工機(jī)電教學(xué)團(tuán)隊步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動控制系統(tǒng)的調(diào)試四4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)1.步進(jìn)電動機(jī)的組成步進(jìn)電動機(jī)和一般旋轉(zhuǎn)電動機(jī)一樣，分為定子和轉(zhuǎn)子兩大部分。定子由硅鋼片疊成，裝上一定相數(shù)的控制繞組，輸入電脈沖對多相定子繞組輪流進(jìn)行勵磁；轉(zhuǎn)子用硅鋼片疊成或用軟磁性材料做成凸極結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子本身沒有勵磁繞組的稱為反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，用水久磁鐵做轉(zhuǎn)子的稱為勵磁式（永磁式）步進(jìn)電動機(jī)。4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)2.反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)是利用反應(yīng)轉(zhuǎn)矩（磁阻轉(zhuǎn)矩）使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的，如圖4-7所示為三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)定子鐵芯為凸極式，有3對（6個）磁極，磁極間夾角是60o。各磁極上套有線圈，按圖連成A、B、C三相繞組。在定子每個磁極的極弧上開有5個小齒，共30個小齒。轉(zhuǎn)子用軟磁性材料制成．也是凸極結(jié)構(gòu)。轉(zhuǎn)子沿圓周均布40個小齒，它的齒形與定子極弧上的小齒完全相同。所以每個齒的齒距為360o/40=9o。4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)定子和轉(zhuǎn)子的小齒數(shù)目分別是30和40，其比值是一分?jǐn)?shù)，這就產(chǎn)生了所謂的齒錯位的情況。若以A相磁極小齒和轉(zhuǎn)子的小齒對齊，那么B相和C相磁極的齒就會分別和轉(zhuǎn)子齒相錯三分之一的齒距，即3o。因此，B、C極下的磁阻比A磁極下的磁阻大。4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)若給B相通電，B相繞組磁力線穿越B相磁極，并力圖按磁阻最小的路徑閉合，這就使轉(zhuǎn)子受到反應(yīng)轉(zhuǎn)矩（磁阻轉(zhuǎn)矩）的作用而轉(zhuǎn)動，直到B磁極上的齒與轉(zhuǎn)子上的齒對齊，恰好轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過3o；此時A、C磁極的齒又分別與轉(zhuǎn)子上的齒錯開三分之一齒距。停止對B相繞組通電，而改為C相繞組通電，同理受反應(yīng)轉(zhuǎn)矩的作用，轉(zhuǎn)子按順時針方向再轉(zhuǎn)過3o。依次類推，當(dāng)三相繞組按A→B→C→A順序循環(huán)通電時，轉(zhuǎn)子會按順時針方向，以每個通電脈沖轉(zhuǎn)動3o的規(guī)律步進(jìn)式轉(zhuǎn)動起來。ABCIAIBIC

定子內(nèi)圓周均勻分布著六個磁極，磁極上有勵磁繞組，每兩個相對的繞組組成一相。采用Y連接，轉(zhuǎn)子有四個齒。定子轉(zhuǎn)子4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)3.反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)工作原理為了方便分析，對圖4-7步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，設(shè)定子的3對磁極每個磁極都只有1個齒，轉(zhuǎn)子有4個齒。則此三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的示意圖如圖

三相單三拍CA'BB'C'A3412

A相繞組通電，B、C相不通電。氣隙產(chǎn)生以A-A為軸線的磁場，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過，故電動機(jī)轉(zhuǎn)子受到一個反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，在此轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：1、3齒與A、A′極對齊?！叭唷敝溉嗖竭M(jìn)電機(jī)；“單”指每次只能一相繞組通電；“三拍”指通電三次完成一個通電循環(huán)。4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)CA'BB'C'A3412

同理，B相通電時，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過30

角，2、4齒和B、B′

磁極軸線對齊；當(dāng)C相通電時，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過30

角，1、3齒和C′、C磁極軸線對齊。1C'342CA'BB'A4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)

這種工作方式下，三個繞組依次通電一次為一個循環(huán)周期，一個循環(huán)周期包括三個工作脈沖，所以稱為三相單三拍工作方式。

按ABCA

……的順序給三相繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動起來。每一拍轉(zhuǎn)過30°(步距角)，每個通電循環(huán)周期(3拍)磁場在空間旋轉(zhuǎn)了360°而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90°(一個齒距角)。

三相雙三拍

按AB

BC

CA的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時通電。4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)AB通電CA'BB'C'A3412BC通電3412CA'BB'C'ACA通電CA'BB'C'A3412

與單三拍方式相似，雙三拍驅(qū)動時每個通電循環(huán)周期也分為三拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過30(步距角)，一個通電循環(huán)周期(3拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90

(齒距角)。4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412

A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒與A、A'對齊。

A、B相同時通電，A、A'磁極拉住1、3齒，B、B'磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15

，到達(dá)左圖所示位置。

按AABBBCC

CA的順序給三相繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控制特性。4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)③三相單雙六拍CA'BB'C'A3412

B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒與B、B′對齊,又轉(zhuǎn)過15

。3412CA'BB'C'AB、C相同時通電，C'、C

磁極拉住1、3齒，B、B'磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過15

。4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)

三相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)的一個通電循環(huán)周期如下：AABBBCC

CA，每個循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15（步距角），一個通電循環(huán)周期(6拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90

(齒距角)。

與單三拍相比，六拍驅(qū)動方式的步進(jìn)角更小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)混合式步進(jìn)電動機(jī)由轉(zhuǎn)子（轉(zhuǎn)子鐵芯、永磁體、轉(zhuǎn)軸、滾珠軸承），定子（繞組、定子鐵芯），前后端蓋等組成，如圖3.混合式步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)混合式步進(jìn)電動機(jī)與反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)最大的不同在于轉(zhuǎn)子，反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子用軟磁性材料制成?；旌鲜讲竭M(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)子內(nèi)部有永久磁鋼，一端S極、一端N極，2個帶齒的轉(zhuǎn)子分別套在永久磁鋼的S極（前部）、N極（后部）外側(cè)，稱為永磁體。如圖4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)4.混合式步進(jìn)電動機(jī)工作原理最典型兩相混合式步進(jìn)電機(jī)的定子有8個極，每個極有6個小齒，共48齒，轉(zhuǎn)子有50個小齒。前半部分轉(zhuǎn)子輪齒呈S極屬性。04-02二維碼混合式步進(jìn)電機(jī)工作原理動畫4.2.2步進(jìn)電機(jī)的工作原理及結(jié)構(gòu)A+、B+、A-、B-、A+、……循環(huán)通電，步進(jìn)電動機(jī)就會按照頻率產(chǎn)