图7.5三相六拍通电方式



定子极面小齿和转子上的小齿位 置符合下列规律： 当U相的定子齿和转子齿对齐时， V相的定子齿应相对于转子齿顺 时针方向错开1/3齿距，而W相 的定子齿又应相对于转子齿顺时 针方向错开2／3齿距。也就是说， 当某一相磁极下定子与转子的齿 相对时，下一相磁极下定子与转 子齿的位置刚好错开τ/m．其中， τ为齿距，m为相数；再下一相磁 极下定子与转子的齿则错开2τ／ m；依此类推。 当定子绕组按U-V-W顺序轮流通 电时，转子就顺时针方向一步一 步地移动，各相绕组轮流通电一 图7.6实际的三相反应式步进电动机结构 简图 次，转子就转过一个齿距。

7.1.2小步距角步进电动机

设转子的齿数为Z，则齿距角为
360 z

因为每通电一次(即运行一拍)，转子就走一步，故步距角 为
式中：K为状态系数，相邻两次通电相数一致时K=1，如 单、双三拍时；反之则K=2，如三相六拍时。 若步进电动机的z=40，三相单三拍或三相双三拍时，其 步距角为
结论：
通过以上分析可知，转子的齿数不能任意选取。因为在 同一相的几个磁极下，定转子齿应同时对齐或同时错开， 才能使几个磁极的作用相加，产生足够的反应转矩，而 定子圆周上属于同一相的极总是成对出现的，所以转子 齿数应是偶数。 另外，在不同相的磁极下，定转子相对位置应依次错开 1／m齿距，这样才能在连续改变通电状态下，获得连续 不断的运动。否则，当某一相控制绕组通电时，转子齿 都将处于磁路的磁阻最小位置上，各相绕组轮流通电时， 转子将一直处于静止状态，电动机不能正常转动运行。 为此，要求两相邻相磁极轴线之间转子的齿数为整数加 或减1／m。
第7章步进电动机传动控制系统

步进电动机的运动是由一系列电脉冲控制，脉冲发生 器所产生的电脉冲信号，通过环形分配器按一定的顺序 加到电动机的各相绕组上。为了使电动机能够输出足够 的功率，经过环形分配器产生的脉冲信号还需要进行功 率放大。环形分配器、功率放大器以及其他辅助电路统 称为步进电机的驱动电源。步进电动机、驱动电源和控 制器构成步进电动机传动控制系统，如图7.1所示。
7.1.1
C — C 剖 面 A 1 B 1 N A 2 N N B 2 A 3 B 3 C D N B 4 C D D — D 剖 面 电 机绕 组 转 子 B 1 A 1 B 4 S S
7.1 步进电动机工作原理及分类
A 4 N S 永 磁体 A 2 定 子 B 2 A 3
A 4
B 3
1．结构特点
驱动电源
控制器
环形分配器
功率放大器
步进电动机
辅助电路
图7.1步进电动机传动控制系统框图
步进电动机的结构与工作原理 步进电动机的结构分为定子和转子两大部分。定子由硅钢片叠 加而成，绕有一定相数的控制绕组，由环形分配器送来的电脉冲 对各相定子绕组轮流进行励磁。转子用硅钢片叠成或用软磁性材 料做成凸极结构；转子本身没有励磁绕组的叫做“反应式步进电 动机”；用永久磁铁做转子的叫做“永磁式步进电动机”。步进 电动机的结构形式虽然繁多，但工作原理基本相同，下图是两相 混合式步进电动机结构图 。

若按三相六拍运行时，其步距角为
7.1.2小步距角步进电动机

如果步进电动机电定子各相绕组轮流通电的脉冲的频率 为f，步距角θb的单位为(o)，则步进电动机的转速(单位为 r／min)为

可知，步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其 转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转 子的转速越高。
步进电动机（Step motor 或Stepping motor），是一种利用电磁感应原理，将电 脉冲信号转换成直线或角位移的执行元件。 每输入一个脉冲，电机就转过一个角度，运 行一步，其运动形式是步进式的，故称为步 进电动机。由于其输入的是脉冲电压，所以 又称脉冲电动机或阶跃电动机。 步进电动机的工作机理是基于最基本的电 第 7章步进电动机传动控制系统 磁铁机理。

步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便 转过一个确定的角度，即步进电机的步距角，用θb表示； 改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之 改变。
（2）通电方式
步进电动机的转速即取决于控制绕组通电的频率，又取决 于绕组通电方式。步进电动机的通电方式一般有单相轮流 通电方式、双相轮流通电方式和单双相轮流通电方式 。 1）单相轮流通电方式-运行的稳定性差。 2）双相轮流通电方式-输出力矩较大，定位精度高而且不 易失步。 3）单双相轮流通电方式-步距角减小一倍。
7.1.3步进电动机的分类`
分类方式 结构特点 转子无绕组，由被激磁的定子绕组产生反应力矩实现步进运 反应式 行，是我国步进电动机发展的主要类型。 其主要特点是气隙小、步距角小，定位精度高，控制准确； 但励磁电流较大，要求有较大的驱动电源功率，且电动机内 (又称磁阻式) 部阻尼较小，当相数较小时，单步运行振荡时间较长或断电 后无定位转矩，所以使用中需要自锁定位。 激磁式 定、转子均有激磁绕组(或转子用永久磁钢)，由电磁力矩实 现步进运行。输出力矩大，但结构复杂，实际较少应用。 具体类型
7.1.2小步距角步进电动机
三相反应式步进电动机定子、转子展开图
两相混合式步进电动机定子磁极上的齿与左右段转子齿的 相A2 B1 A1
右段 S
若以转子左段铁心作参考，当A1、A3极上的齿与转子齿对齐时， 则有 A2、A4极上的齿与转子槽相对，B1、B3极上的齿沿顺时针方向超前转 子齿1/4齿距，B2、B4极上的齿沿顺时针方向超前转子齿3／4齿距；在 转子右段铁心，则A1、A3极上的齿与转子槽相对，A2、A4极上的齿与 转子齿对齐，B1、B3极上的齿沿顺时针方向超前转子3/4齿距，B2、 B4极上的齿沿顺时针方向超前转子齿1／4齿距。

图7.2所示为一台三相反应式步进电动机的结构简图。其 定子有6个磁极，每两个相对的磁极上绕有一相控制绕组， 由外部脉冲信号对各相绕组轮流励磁。转子上有均布的四 个凸齿。
图7.2三相反应式 步进电动机结构简图
(a) (b) 图7.3三相反应式步进电动机工作原理
2. 工作原理

(1)基本工作原理
7.4单三拍通电方式时的转子位置