步进电机结构及工作原理

步进电机的分类和基本工作原理,工作方式

第13章 特种电机

13.7 步进电动机步进电动机是一种把电脉冲信号转换成机械角位移的控制

电机，常作为数字控制系统中的执行元件。

步进电机的分类和基本工作原理,工作方式

13.7 步进电动机

步进电动机的种类通常按励磁方式分为三大类：1)反应式：转子为软磁材料，无绕组，定、转子开小齿、步距角小。 2)永磁式：

转子为永磁材料，转子的极数=每相定子极数，不开小齿，步距角较大，力矩较大 3)感应子式(混合式): 转子为永磁式、两段，开小齿，转矩大、动态性能好、步距 角小，但结构复杂，成本较高。

以反应式为例说明步进电机的结构和工作原理

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13.7 步进电动机

13.7.1 步进电动机结构步进电机主要由两部分构成：定子和转子，它们均由磁性材料构成。

以三相为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极 。

定子绕组定子 转子

步进电动机结构简图

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13.7 步进电动机

步进电机内部结构

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13.7 步进电动机 IA 转子 IC C 定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组 成一相。注意：这里的相和三相交流电中的“相”的概念不同。步进 机通的是直流电脉冲，这主要是指线路的联接和组数的区别。

A

定子

IB

B

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13.7 步进电动机

13.7.2 工作原理三相步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、 三相单双六拍、三相双三拍等。

一、三相单三拍(1)三相绕组联接方式：Y 型

(2)三相绕组中的通电顺序为：A相 B相 C相

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13.7 步进电动机 (3)工作过程A 相通电，A 方向的磁通经 AB'4 1 2 3 A'

转子形成闭合回路。若转子和

C' B

磁场轴线方向原有一定角度， 则在磁场的作用下，转子被磁

C

化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小， 使转、定子的齿对齐停止转动。

A相通电

A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。

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13.7 步进电动机

AB'

A C' BB'

C' BA'

CA'

C

B相通电

C相通电

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13.7 步进电动机 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电， 而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相 单三拍。 三相单三拍的特点： (1)每来一个电脉冲，转子转过 30 。此角称为 步距角，用 S表示。 (2)转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，

改变通电顺序即可改变转向。正转： A相 B相 C相 反转： A 相 C 相 B 相

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13.7 步进电动机

二、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为： A AB B BC C CA A 共六拍。 工作过程：AB' 4 1 2 3 A'

C' B

C

A相通电，转子1、3齿和A相对齐。

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13.7 步进电动机 A、B相同时通电AB'

C' BA'

C

(1)BB' 磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。

(2)AA' 磁场继续对1、3齿有拉力。 所以转子转到两磁

拉力平衡的位置上。相对AA' 通电，转子转了15°。

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13.7 步进电动机 B相通电，转子2、4齿和B相对齐，又转了15 。AB'

C' BA'

C

总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称 为三相六拍，步距角为15 。

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13.7 步进电动机

三、三相双三拍三相绕组的通电顺序为： AB BC CA AB 共三拍。

AB'

A C' BB'

C' BA'

CA'

C

AB通电

BC通电

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13.7 步进电动机AB'

C'BA'

C

工作方式为三相双三拍时， 每通入一个电脉冲，转子也是 转30 ,即 S = 30 。

CA通电 以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六 拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。

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13.7 步进电动机

小步距角的步进电动机实际采用的步进电机的步距角多为3度和1.5 度，步距角越小，机加工的精度越高。

为产生小步距角，定、转子都做成多齿的， 图中转子40个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁 极上也有五个齿。

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13.7 步进电动机

转子的齿距等于360 / 40=9 ,齿宽、齿槽各4.5 。为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿， 齿宽和齿槽和转子相同。