步进电动机

步进电动机
步进电动机将脉冲信号转换为角位移或线位移。主要要求：动作灵敏、准确、重量轻、体积小、运行可靠、耗电少等。

步进电动机的结构与基本工作原理
机理：步进电机是利用电磁铁原理，将脉冲信号 转换成线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲，电机转动一个角度，带动机械移动一小段距离。

三相反应式步进电动机的工作原理如图所示，其中步进电动机的定子上有6个齿，其上分别缠有WA、WB、WC三相绕组，构成三对磁极，转子上则均匀分布着4个齿。步进电动机采用直流电源供电。当WA、WB、WC三相绕组轮流通电时，通过电磁力吸引步进电动机转子一步一步地旋转。
假设在初始状态时，A相通电，其他两相断电，在磁力作用下，转子的1、3两齿与磁极A对齐。
然后切断A相电源，同时接通B相，则由于电磁力作用，转子将逆时针转过30度，使靠近磁极B的2、4两齿与B对齐。
接着再切断B相电源，接通C相，转子又逆时针回转30度，使靠近磁极C的1、3两齿与C对齐。
如果按上述通断电顺序（即A→B→C→A……）连续向各相绕组供电，则步进电动机将按逆时针方向连续旋转。每通断电一次，步进电动机转过30度，称为一个步距角。如果改变各绕组的通断电顺序，如A→C→B→A→……，步进电动机将按顺时针方向旋转。如果改变绕组的通断电频率，则可改变步进电机的转速。

步进电动机的特点：
(1)来一个脉冲，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，改变方向。

步进电动机的种类
根据励磁式方式的不同分为：反应式、永磁式和混合式（又叫感应子式）三种。反应式步进电机的应用较多。
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。

图7-20 （a）三相反应式步进电动机工作原理图

A 相通电，A 方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。
A 相通电使转子1、3齿和 AA' 对齐。

图7-20 （b）三相反应式步进电动机工作原理图

同理，B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30；

图7-20 （c）三相反应式步进电动机工作原理图

最后，C相通电，转子1、3齿和C相轴线对齐，相对B相通电比较，转子再次转动30。

步进电动机的结构
步进机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成，以三相为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极 。

步进电动机结构简图

定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。
注意：这里的相和交流电中的“相”的概念不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线图的联接和组数的区别。

图7-22 三相反应式步进电动机结构原理图

步进电动机工作方式
(以三相步进电机为例)步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相六拍、三相双三拍等。
一、三相单三拍
三相绕组中的通电顺序为：

这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。
三相单三拍的特点：
1）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为步距角，用b表示。
2）转子的旋转方向取决于三相线圈通电的顺序，改变通电顺序即可改变转向。

更详细的介绍请查看：微控电机 PPT

步进电机的应用
主要用于数字控制系统中，精度高，运行可靠。如采用位置检测和速度反馈，亦可实现闭环控制。步进电动机已广泛地应用于数字控制系统中，如数模转换装置、数控机床、计算机外围设备、自动记录仪、钟表等之中，另外在工业自动化生产线、印刷设备等中亦有应用。