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步进电动机工作的结构和原理 白云技师学院 曹仕然 概述 随着生产过程机械化、电气化和自动化的不断发展，出现了各种类型的特种电动机。这些电动机的工作原理，一般与普通的异步电动机和直流电动机的基本原理近似，但是它们在性能、结构、生产工艺上各有其特殊性，多用于自动控制过程中。一般来说，这些电动机的功率不大，小的只有几分之一瓦，大的也不过几十瓦或几百瓦，属于微型电动机的范围。 步进电机的内部电路结构 步进电机的解释 步进电动机　　一般电动机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动机。每输入一个脉冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输出线位移，称为直线电动机）。因此步进电动机是一种把电脉冲变为角度位移（或直线位移）的执行元件。 　　步进电动机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。由于输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。 　　随着数字控制系统的发展，步进电动机的应用将逐渐扩大。 　　步进电动机的种类很多，按结构可分为反应式和激励式两种；按相数分则可分为单相、两相和多相三种。 第一节 概述 第二节 结构和工作原理 什么叫细分？ 现说明如下：步进电机的细分控制是由驱动器精确控制步进电机的相电流来实现的，对于步进电机系统，主要采用二相混合式步进电机及相应的细分驱动器。但在国内，广大用户对“细分”还不是特别了解，有的只是认为，细分是为了提高精度，其实不然，细分主要是改善电机的运行性能。 以二相电机为例，假如电机的额定相电流为3A，如果使用常规驱动器（如常用的恒流斩波方式）驱动该电机，电机每运行一步，其绕组内的 电流将从0突变为3A或从3A突变到0，相电流的巨大变化，必然会引起电机运行的振动和噪音。如果使用细分驱动器，在10细分的状态下驱动该电机，电机每运行一微步，其绕组内的电流变化只有0.3A而不是3A，且电流是以正弦曲线规律变化，这样就大大的改善了电机的振动和噪音，因此，在性能上的优点才是细分的真正优点。 由于细分驱动器要精确控制电机的相电流，所以对驱动器要有相当高的技术要求和工艺要求，成本亦会较高。注意，国内有一些驱动器采用“平滑”来取代细分，有的亦称为细分，但这不是真正的细分，望广大用户一定要分清两者的本质不同： 　　1．“平滑”并不精确控制电机的相电流，只是把电流的变化率变缓一些，所以“平滑”并不产生微步，而细分的微步是可以用来精确定位的。 　　2．电机的相电流被平滑后，会引起电机力矩的下降，而细分控制不但不会引起电机力矩的下降，相反，力矩会有所增加。 电机本身相当于有了一个“自调节”的过程， 当负载很小时， 会按细分步一步一步的走， 随着负载的增加， 电机会通过增加细分步的丢步数去增加最大输出力矩去带动负载， 虽然此时细分步被破坏， 但由于运行的过程中不会出现大的“扭矩过裕量”， 所以电机运行起来很平稳 但是， 宏观上， 电机力矩是不会因为细分的变化而变化的。当然， 细分本身一定会存在偏差， 另外，脉冲频率一定的情况下， 细分数的大小， 会对转速造成影响， 从而一定情况上影响反电动势和力矩。 但那归根结底是转速因素产生的影响， 与细分本身无关。 * 特点: (1) 来一个电脉冲，转一个步距角。 (2) 控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3) 改变脉冲顺序，可改变转动方向。 步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲 信号转换为线位移或角位移移动的特殊电机。每来一个电脉冲，步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。 区别在于励磁式步进电机的转子上有励磁线圈，反应式步进电机的转子上没有励磁线圈。 种类：励磁式和反应式两种。 下面以反应式步进电机为例说明步进电机的 结构和工作原理。 三相反应式步进电动机的原理结构图如下： A B C IA IB IC 定子内圆周 均匀分布着六个 磁极，磁极上有 励磁绕组，每两 个相对的绕组组 成一相。转子有 四个齿。 定子 转子 1.三相单三拍 C A B B C A 3 4 1 2 A相绕组通电，B、C相 不通电。由于在磁场作用下， 转子总是力图旋转到磁阻最 小的位置，故在这种情况下， 转子必然转到如图所示位置： 1、3齿与A、A′极对齐。 C A B B C A 3 4 1 2 同理，B相通电时，转子会转过30?角，2、4 齿和B、B′ 磁极轴线对齐；当C相通电时，转子 再转过30?角，1、3齿和C′、C磁极轴线对齐。 1 C 3 4 2 C A B B A 这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个循环周期，