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步进电机结构原理特性驱动控制选用原则 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，常作为数字控制系玩。的执行元件。由于其输入信号是脉冲电压，输出角位移是断续的，即每输入一个电脉冲信号．转子就前进一步，因此叫做 HYPERLINK / \t _blank 步进电机，也称为脉冲电动机。??? 步进电动机的主要特点有如下几点：??? (1)转速和步距值不受电压波动、负载变化和温度变化的影响，只与脉冲频率同步，转子运动的总位移量只取决于总的脉冲信号数。??? (2)开环控制，无需反馈，系统结构大为简化，工作更加可靠，维护更加方便，在一般定位驱动装置中具有足够高的精度。??? (3)控制性能好，可以在很宽的范围内通过改变脉冲的频率来调节电机的转速，起动制动、反向及其他任何运行方式的改变，都在少数脉冲内完成。???? (4)误差不积累。步进电动机每走一步所转过的角度与理论值之间总有一定的误差但它每转一圈都有固定的步数，所以在不失步的情况下，其步距误差是不会积累的。??? 由于步进电动机具有上述优点而广泛应用于许多需要精确定位控制的场合，如计算机的软盘驱动、打印机的进纸、电脑绣花机和绘图仪的x-y轴驱动、自动移靶机的移位等。步进电动机在数控机床上的应用，可以说是最典型的例子。由于步进电动机系统实现开环控制，使得控制方便、工作可靠、成本较低的数控机床成为当前机床发展的主流方向之一，这样步进电动机成为经济型数控机床的核心。??? ??? 步进电动机在近十几年中发展很快好地解决了步进电动机的驱动电源问题了许多自动控制系统的要求。这是由于电力电子技术和计算机控制技术而步进电动机能将数字信号转换成角位移第一节步进电动机的基本结构步进电动机从转子结构上来说，主要包括反应式、永磁式和混合式三种。反应式步进电动机的工作原理与磁阻式同步电动机相似，都是利用磁力线力图通过磁阻最小路径的原理来产生磁阻转矩，因此又称为磁阻式步进电动机，图7～1(a)所示为反应式步进电动机的基本结构；永磁式步进电动机依靠转子永磁体和定子绕组磁动势之间所产生的电磁转矩工作．图7—1(b)所示为? 水磁式步进电动机的基本结构；混合式进电动机则是反应式和永磁式的结合构较为复杂。 ?? 步进电动机的定子通常采用成对的大齿状结构，如图7一l所示。径向相对的两个齿极组成一组(一相)，每个齿极上都装有集中控制绕组。同一相的控制绕组可以串联也可以并联，只要它们产生的磁场极性相反。这样．定子齿极的极对数就等于定子绕组的相数，即p=m。步进电动机的定子相数一般有三相、四相和五相。??? 步进电动机不同于普通的交、直流电动机，它必须与驱动控制器、直流电源组成系统方能正常运行．如图7 2所示。在实际系统中，步进电动机和驱动控制器是两个不可分割的组成部分，这是因为给步进电动机定子控制绕组所加的电源既不是正弦交流，也不是恒定直流，而是脉冲电压，步进电动机系统的性能不仅与电动机本体有关，而且与驱动控制器的性能也密切相关。因此，应用中所说的步进电动机均指步进电动机本体和驱动控制器的成套装置。 ??? 目前．结构简单且应用较多的是三相反应式步进电动机，所以下面就以三相反应式步进电动机为例说明其工作原理和运行特性。??? 图7 3所示为步进电动机的通电方式(三个齿极，而转子类似于凸极同步电动机的转子相单三拍)，三相反应式步进电动机定子有六这里讨论有四个齿极的情况。 ? 一、通电方式的分析? 三相反应式步进电动机主要有以下通电方式：? 1．三相单三拍通电方式? 当a相绕组通入直流电流时。由于磁力线力图通过磁阻最小的路径，转子将受到磁阻转矩的作用而转动。当转子转到l 3轴线与a相绕组轴线相重合的位置时，磁阻转矩为零，转子停留在该位置．如图7 3(a)所示。如果a相绕组不断电，转子将一直停留在这个平衡位置，称为“自锁”。要使转子继续转动。可以将a相绕组断电，而使b相绕组通电。这样转子就会逆时针旋转30°，转到2 4轴线与b相绕组轴线相重合的位置，如图7 3(b)所示。继续改变通电状态，即使b相绕组断电，c相绕组通电，转子将继续逆时针旋转30。，转到1 3轴线与c相绕组轴线相重合的位置，如图7—3(c)所示。如果三相定子绕组按照a-c-b顺序通电·则转子将按顺时针方向旋转。上述定子绕组的通电状态每切换一次称为“一拍”，其特点是每次只有一相绕组通电。每通入一个脉冲信号，转子转过一个角度，这个角度称为步距角。每经过三拍完成一次通电循环，所以称为“三相单三拍”通电方式。??? 2．三相双三拍通电方式??? 三相步进电动机采用单三拍通电方式时，在绕组断、通电的间隙．转子有可能失去自锁能力·出现失步现象。另外，在转子频繁起动、加速、减速的步进过程中，由于受惯性的影响，转子在平衡位置