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1、关于步进电机结构及工作原理现在学习的是第1页，共25页以反应式为例说明步进电机的结构和工作原理以反应式为例说明步进电机的结构和工作原理通常按励磁方式分为三大类：通常按励磁方式分为三大类：步进电动机的种类步进电动机的种类现在学习的是第2页，共25页 步进电机主要由两部分构成：定子和转子，它们均步进电机主要由两部分构成：定子和转子，它们均由磁性材料构成。由磁性材料构成。以三相以三相为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极为例其定子和转子上分别有六个、四个磁极 。定子定子转子转子定子绕组定子绕组13.7.1 13.7.1 步进电动机结构步进电动机结构步进电动机结构简图步进电动机结构简图现在学习的是第3
2、页，共25页步进电机内部结构步进电机内部结构现在学习的是第4页，共25页现在学习的是第5页，共25页定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。定子的六个磁极上有控制绕组，两个相对的磁极组成一相。这里的相和三相交流电中的这里的相和三相交流电中的“相相”的概念不同。步进机通的是的概念不同。步进机通的是直流电脉冲，这主要是指线路的联接和组数的区别。直流电脉冲，这主要是指线路的联接和组数的区别。ABC定子定子转子转子IAIBIC现在学习的是第6页，共25页13.7.2 工作原理工作原理 三相步进电机的工作方式可分为：三相步进电机的工作方式可分为：三相单三拍、三相单三相单三拍、三相单双六拍、三
3、相双三拍双六拍、三相双三拍等等。（1 1）三相绕组联接方式：）三相绕组联接方式：Y 型型（2 2）三相绕组中的通电顺序为：）三相绕组中的通电顺序为：A 相相 B 相相 C 相相现在学习的是第7页，共25页（3）工作过程）工作过程 A 相通电，相通电，A 方向的磁通经转子方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁用下，转子被磁化，吸引转子，化，吸引转子，使转子的位置力图使通电相磁路使转子的位置力图使通电相磁路的磁阻最小，使转、定子的齿对的磁阻最小，使转、定子的齿对齐停止转动。齐停止转动。A
4、 A 相通电使转子相通电使转子1 1、3 3齿和齿和 AA 对齐。对齐。CABBCA3412A相通电相通电现在学习的是第8页，共25页CABBCA3412B相通电相通电1C342CABBAC相通电相通电现在学习的是第9页，共25页 这种工作方式，因三相绕组中每次只有一相通电，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，所以称三相单而且，一个循环周期共包括三个脉冲，所以称三相单三拍。三拍。三相单三拍的特点：三相单三拍的特点：（1）每来一个电脉冲，转子转过）每来一个电脉冲，转子转过 30。此角称为步。此角称为步距角，用距角，用 S表示。表示。（2）转子的旋转方向取
5、决于三相线圈通电的顺序，改变通）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。电顺序即可改变转向。反转：反转：A 相相 C 相相 B 相相 A 相相 B 相相 C 相相正转：正转：现在学习的是第10页，共25页二、三相单双六拍二、三相单双六拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组的通电顺序为：AABBBCCCAA 共六拍。共六拍。工作过程：工作过程：A相通电，相通电，转子转子1 1、3 3齿和齿和A相对齐。相对齐。CABBCA3412现在学习的是第11页，共25页所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对所以转子转到两磁拉力平衡的位置上。相对AA 通电，通电，转子转了转子转了15。（1
6、）BB 磁场对磁场对 2、4 齿有磁拉力，该拉力使齿有磁拉力，该拉力使 转子顺时针方向转动。转子顺时针方向转动。A、B相同时通电相同时通电（2）AA 磁场继续对磁场继续对1、3齿有拉力。齿有拉力。CABBCA3412现在学习的是第12页，共25页总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三总之，每个循环周期，有六种通电状态，所以称为三相六拍，步距角为相六拍，步距角为15。CABBCA3412B相通电，相通电，转子转子2、4齿和齿和B相对齐，又转了相对齐，又转了15。13.7 13.7 步进电动机步进电动机现在学习的是第13页，共25页三、三相双三拍三、三相双三拍三相绕组的通电顺序为：三相绕组
7、的通电顺序为：AB BC CA AB 共三拍。共三拍。AB通电通电CABBCA3412CABBCA3412BC通电通电13.7 13.7 步进电动机步进电动机现在学习的是第14页，共25页以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六以上三种工作方式，三相双三拍和三相单双六拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。拍较三相单三拍稳定，因此较常采用。工作方式为三相双三拍时，每通工作方式为三相双三拍时，每通入一个电脉冲，转子也是转入一个电脉冲，转子也是转30，即，即 S=30。CA通电通电CABBCA341213.7 13.7 步进电动机步进电动机现在学习的是第15页，共25页小步距角的步进电动机小步距角的步进
8、电动机 实际采用的步进电机的步距角多为实际采用的步进电机的步距角多为3度和度和1.5 度度，步距角越小，机加工的精度越高。，步距角越小，机加工的精度越高。为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子为产生小步距角，定、转子都做成多齿的，图中转子40个齿，定子仍是个齿，定子仍是 6个磁极，但每个磁极上也有五个齿。个磁极，但每个磁极上也有五个齿。现在学习的是第16页，共25页转子的齿距转子的齿距等于等于360/40=9 ，齿宽、齿槽各，齿宽、齿槽各4.5 。为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，齿为使转、定子的齿对齐，定子磁极上的小齿，齿宽和齿槽和转子相同。宽和齿槽和转子相同。13.7 13.
9、7 步进电动机步进电动机现在学习的是第17页，共25页工作原理：工作原理：假设是单三拍通电工作方式。假设是单三拍通电工作方式。（1）A 相通电时，定子A 相的五个小齿和转子对齐。此时，B 相和 A 相空间差120，含 120120/9/9 =齿齿3113322613.7 13.7 步进电动机步进电动机 A 相和 C 相差240，含240/9=个齿。所以，A 相的转子、定子的五个小齿对齐时，B 相、C 相不能对齐，B相的转子、定子相差 1/3 个齿（3），C相的转子、定子相差2/3个齿（6）。现在学习的是第18页，共25页若工作方式改为三相六拍，则每通一个电脉冲，若工作方式改为三相六拍，则每通一
10、个电脉冲，转子只转转子只转 1.5 。步进电机的转动方向仍由相序决定。步进电机的转动方向仍由相序决定。同理，同理，C 相通电再转相通电再转3 （2）A 相断电、相断电、B 相通电后，转子只需转过相通电后，转子只需转过1/3个个 齿（齿（3），使），使 B 相转子、定子对齐。相转子、定子对齐。13.7 13.7 步进电动机步进电动机现在学习的是第19页，共25页步进电机的特点步进电机的特点1 1）步进电机工作时，每相绕组由步进电机工作时，每相绕组由专门的驱动电源专门的驱动电源通过通过“环环形分配器形分配器”按一定规律按一定规律轮流通电。轮流通电。步进电机轮流通电方式步进电机轮流通电方式分配方式分
11、配方式每一次循环所包含的通电状态数每一次循环所包含的通电状态数拍数拍数状态数状态数=相数相数单拍制分配方式单拍制分配方式 (如：三相单三拍、四相双四拍如：三相单三拍、四相双四拍)状态数状态数=相数的两倍相数的两倍双拍制分配方式双拍制分配方式 (如：三相六拍、四相八拍如：三相六拍、四相八拍)Nff 相通电脉冲频率通电脉冲频率拍数拍数现在学习的是第20页，共25页步进机通过一个电脉冲转子转过的角度步进机通过一个电脉冲转子转过的角度,称为称为N:一个周期的运行拍数一个周期的运行拍数Zr：转子齿数：转子齿数NZrS360如：如：Zr=40,N=3 时时3340360S2)步距角步距角拍数：拍数：N=k
12、mk=1 1 单拍制单拍制2 2 双拍制双拍制m:m:相数相数现在学习的是第21页，共25页 3)转速转速每输入一个脉冲，电机转过每输入一个脉冲，电机转过NZrS360min)/(63603606060rfNZfNZfnsrr即转过整个圆周的即转过整个圆周的1/(Z1/(Zr rN N）,也就是也就是1/(Z1/(Zr rN N）转）转因此每分钟转过的圆周数，即转速为因此每分钟转过的圆周数，即转速为4)4)步进电机具有自锁能力步进电机具有自锁能力当控制脉冲停止输入、而使最后一个脉冲控制的绕组继续当控制脉冲停止输入、而使最后一个脉冲控制的绕组继续通电时，电机可以保持在固定位置。通电时，电机可以保
13、持在固定位置。现在学习的是第22页，共25页1 1、对驱动电源的基本要求、对驱动电源的基本要求1）驱动电源的相数、通电方式和电压、电流都）驱动电源的相数、通电方式和电压、电流都 满足步进电动机的需要；满足步进电动机的需要；2）要满足步进电动机的起动频率和运行频率的要）要满足步进电动机的起动频率和运行频率的要求；求；3）能最大限度地抑制步进电动机的振荡；）能最大限度地抑制步进电动机的振荡；4）工作可靠，抗干扰能力强；）工作可靠，抗干扰能力强；5）成本低、效率高、安装和维护方便。）成本低、效率高、安装和维护方便。现在学习的是第23页，共25页2 2、驱动控制器的组成、驱动控制器的组成步进电动机的驱动电源主要由脉冲发生器、脉冲分配器步进电动机的驱动电源主要由脉冲发生器、脉冲分配器和脉冲放大器（也称功率放大器）三部分组成。和脉冲放大器（也称功率放大器）三部分组成。脉冲分配器脉冲分配器 脉冲发生器脉冲发生器 功率放大器功率放大器 步进步进 电动机电动机 指令指令 电源电源 现在学习的是第24页，共25页感谢大家观看感谢大家观看现在学习的是第25页，共25页