2022年步进电动机工作原理 .pdf

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1、步进电动机工作原理步进电动机的运转状态与普通电动机不同，它随供给电源的脉冲一步一步的转动，是一种数字电动机。步进电动机能随供给的电源脉冲数转动相应步数，而每一步的角度是固定的，所以步进电动机能按控制转动所需的圈数、角度，广泛应用在数控机床、自动化设备、 仪器仪表等行业。 本节介绍应用最广的反应式步进电动机。反应式步进电动机是根据磁阻性质转矩工作的，遵循磁通总是沿磁阻最小的路径闭合的原理，由磁拉力形成转矩。 前面介绍的开关磁阻电动机也可视为步进运行，因每切换一组线圈电源时转子就转动一定角度，只要停止切换转子就停止不动了，只不过每一步角度是30 度，应用在数控设备显然过于粗糙。实际应用的步进电动机

2、步进角度较小，下面介绍的步进电动机模型每步为3 度。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 15 页 - - - - - - - - - 图 1 是步进电动机的定子铁心，在内周有六个磁极，每个磁极上有5 个小齿，径向的两个磁极组成一对磁极，定子铁心由冲制的硅钢片叠制而成。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 15 页 - - - -

3、 - - - - - 图 2 是步进电动机的转子铁心，转子上没有线圈，但在外圆周有40 个小齿，齿宽与齿间隔大小一样，转子铁心也由冲制的硅钢片叠制而成。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 15 页 - - - - - - - - - 定子磁极上的小齿的齿宽与齿间隔与转子上的小齿一样，当定子一对磁极小齿与转子小齿对齐时，另两对磁极小齿与转子小齿角度相差3 度或 -3 度，见图 3。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - -

4、- - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 15 页 - - - - - - - - - 图 4 是绕有线圈的定子与装有转轴的转子组装图。反应式步进电机多为三相线圈，本模型的三对磁极可绕三组线圈组成三相绕组。由脉冲信号发生器按照给定的设置不断向步进电机驱动器发送控制脉冲信号，驱动器又根据转动方向与运转状态向三相线圈供电（每输入一个脉冲信号切换一次供电状态），每一个控制脉冲电信号转子转动一步，每步转的角度称为步距角。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - -

5、- - - - - 第 5 页，共 15 页 - - - - - - - - - 三相线圈分为A、B、C 三个线圈，图5 是用三个开关晶体管向三个线圈供电的连接图：三个线圈的一端与电源正极相连，另一端分别与三个开关晶体管连接，每个时期仅有一个开关晶体管导通一个线圈通电，这是一种基本的也是常用的工作方式。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 15 页 - - - - - - - - - 为了清楚的演示该步进电机模型的工作状态，我们取模型的正视图来作动画，图 6 是

6、模型的正视图，清楚的显示了三相线圈的组合与连接，黄色线圈是A 相线圈、绿色线圈是B 相线圈、红色线圈是C 相线圈。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 15 页 - - - - - - - - - 下面我们从动画中截取几幅画面，并用这些画面来介绍该步进电机的工作原理。图 7 是 BG1 导通 A 相线圈通电，此时转子被磁力吸引静止不动。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理

7、- - - - - - - 第 8 页，共 15 页 - - - - - - - - - 第一个控制脉冲来时，BG1 截止 BG2 导通， B 相线圈通电，磁通按最近的路径闭合，在磁力拉动下，转子开始向逆时针方向转动，见图8。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 15 页 - - - - - - - - - 在磁力拉动下，转子向逆时针方向转动，图9 是转到 1.5 度时的位置。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

8、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 15 页 - - - - - - - - - 在磁力拉动下，转子向逆时针方向转动到3 度，见图 10，如果不来控制脉冲，转子将停止在这个角度不动，这样一个控制脉冲驱动转子转了一步，一个步距角3度。如果再来一个控制脉冲，开关晶体管BG2 截止 BG3 导通， C 线圈通电，转子在磁拉力作用下开始继续转动，见图11。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 15 页 - - - -

9、 - - - - - 在磁力拉动下，转子向逆时针方向转动到6 度，见图 12，如果不来控制脉冲，转子将停止在这个角度不动，这样第二个控制脉冲驱动转子又转了一步，总共转了6 度。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 15 页 - - - - - - - - - 如果再来一个控制脉冲，开关晶体管BG3 截止 BG1 导通， A 线圈通电，转子在磁拉力作用下开始继续转动，见图13。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - -

10、- - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 15 页 - - - - - - - - - 在磁力拉动下， 转子向逆时针方向转动到9 度，见图 14，此时状态与初始位置图 7 相同，转子一共转了3 步共 9 度，也就是转子的一个齿距9 度。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 15 页 - - - - - - - - - 如果需要继续转动就继续发控制脉冲，就重复图8 开始的过程。不停的发控制脉冲电机就会不停的旋转，脉冲一停电机就停止转动。需要反转就改变三相切换顺序，例如前面的过程是按A-B-C 顺序导通转子逆时针转动，改为C-B-A 顺序导通转子则按顺时针转动。控制脉冲频率高则转子转速高、频率低则转子转速低，可以非常低或静止固定在指定位置。 但转子开始转动与停止转动时驱动器都要适当降低切换频率，以防因负荷与转子惯量引起的失步。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 15 页 - - - - - - - - -