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步进电机工作原理

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。


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图1 反应式步进电动机的结构示意图

  图1是反应式步进电动机结构示意图,它的定子具有均匀分布的六个磁极,磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组,联法如图所示。


  下面介绍反应式步进电动机单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。

一、单三拍通电方式的基本原理
  设A相首先通电(B、C两相不通电),产生A-A′轴线方向的磁通,并通过转子形成闭合回路。这时A、A′极就成为电磁铁的N、S极。在磁场的作用下,转子总是力图转到磁阻最小的位置,也就是要转到转子的齿对齐A、A′极的位置(图2a);接着B相通电(A、C两相不通电),转了便顺时针方向转过30°,它的齿和C、C′极对齐(图2c)。不难理解,当脉冲信号一个一个发来时,如果按A→C→B→A→…的顺序通电,则电机转子便逆时针方向转动。这种通电方式称为单三拍方式。

 


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图2 单三拍通电方式时转子的位置


二、六拍通电方式的基本原理
  设A相首先通电,转子齿与定子A、A′对齐(图3a)。然后在A相继续通电的情况下接通B相。这时定子B、B′极对转子齿2、4产生磁拉力,使转子顺时针方向转动,但是A、A′极继续拉住齿1、3,因此,转子转到两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图3b所示,即转子从图(a)位置顺时针转过了15°。接着A相断电,B相继续通电。这时转子齿2、4和定子B、B′极对齐(图c),转子从图(b)的位置又转过了15°。其位置如图3d所示。这样,如果按A→A、B→B→B、C→C→C、A→A…的顺序轮流通电,则转子便顺时针方向一步一步地转动,步距角15°。电流换接六次,磁场旋转一周,转子前进了一个齿距角。如果按A→A、C→C→C、B→B→B、A→A…的顺序通电,则电机转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六拍方式。

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