什麼是步進電機,步進電機是什麼工作原理
材料/工具
步進電機
步進電機
一般電動機都是連續旋轉,而步進電動卻是一步一步轉動的,故叫步進電動機。每輸入一個脈衝衝信號,該電動機就轉過一定的角度(有的步進電動機可以直接輸出線位移,稱為直線電動機)。因此步進電動機是一種把脈衝變為角度位移(或直線位移)的執行元件。
步進電動機的轉子為多極分佈,定子上嵌有多相星形連接的控制繞組,由專門電源輸入電脈衝信號,每輸入一個脈衝信號,步進電動機的轉子就前進一步。由於輸入的是脈衝信號,輸出的角位移是斷續的,所以又稱為脈衝電動機。
隨着數字控制系統的發展,步進電動機的應用將逐漸擴大。
步進電動機的種類很多,按結構可分為反應式和激勵式兩種;按相數分則可分為單相、兩相和多相三種。
工作原理
單三拍通電方式的基本原理
設A相首先通電(B、C兩相不通電),產生A-A′軸線方向的磁通,並通過轉子形成閉合迴路。這時A、A′極就成為電磁鐵的N、S極。在磁場的作用下,轉子總是力圖轉到磁阻最小的位置,也就是要轉到轉子的齒對齊A、A′極的位置(圖2a);接着B相通電(A、C兩相不通電),轉了便順時針方向轉過30°,它的齒和C、C′極對齊(圖2c)。不難理解,當脈衝信號一個一個發來時,如果按A→C→B→A→?的順序通電,則電機轉子便逆時針方向轉動。這種通電方式稱為單三拍方式。
六拍通電方式的基本原理
設A相首先通電,轉子齒與定子A、A′對齊(圖3a)。然後在A相繼續通電的情況下接通B相。這時定子B、B′極對轉子齒2、4產生磁拉力,使轉子順時針方向轉動,但是A、A′極繼續拉住齒1、3,因此,轉子轉到兩個磁拉力平衡為止。這時轉子的位置如圖3b所示,即轉子從圖(a)位置順時針轉過了15°。接着A相斷電,B相繼續通電。這時轉子齒2、4和定子B、B′極對齊(圖c),轉子從圖(b)的位置又轉過了15°。其位置如圖3d所示。這樣,如果按A、AB、B、BC、C、CA、A?的順序輪流通電,則轉子便順時針方向一步一步地轉動,步距角15°。電流換接六次,磁場旋轉一週,轉子前進了一個齒距角。如果按A、AC、C、CB、B、BA、A?的順序通電,則電機轉子逆時針方向轉動。這種通電方式稱為六拍方式。
細分:在A相通電後,B相不完全通電,可通過控制B相線圈的電流大小而達到旋轉角度的目的。
雙三拍通電方式的基本原理
如果每次都是兩相通電,即按A、B→B、C→C、A→A、B→?的順序通電,則稱為雙三拍方式,從圖3b,和圖3d可見,步距角也是30°。因此,採用單三拍和雙三拍方式時轉子走三步前進了一個齒距角,每走一步前進了三分之一齒距角;採用六拍方式時,轉子走六步前進了一個齒距角,每走一步前進了六分之一齒距角。因此步距角θ可用下式計算: θ=360°/Zr×m
式中Zr是轉子齒數;m是運行拍數。
一般步進電動機最常見的步距角是3°或1.5°。由上式可知,轉子上不只4個齒(齒距角90°),而有40個齒(齒距角為9°)。為了使轉子齒與定子齒對齊,兩者的齒寬和齒距必須相等。因此,定子上除了6個極以外,在每個極面上還有5個和轉子齒一樣的小齒。
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