電機與變壓器教案作者：桑鳳景南京技師學院步進電動機圖1步進電動機復習提問1、伺服電動機分那幾類？2、伺服電動機的作用是什么？一般電動機是連續(xù)旋轉(zhuǎn)的，而步進電動機是一種“一步一步”地轉(zhuǎn)動的電動機，因其轉(zhuǎn)矩性質(zhì)和同步電動機的電磁轉(zhuǎn)矩性質(zhì)一樣，所以本質(zhì)上也是一種磁阻同步電動機或永磁同步電動機。由于電源輸人是一種電脈沖(脈沖電壓)電動機，接受一個電脈沖就相應的轉(zhuǎn)過一個固定角度，故而也稱脈沖電動機，

導入新課直流和交流伺服電動機把接收的電信號轉(zhuǎn)換為電動機轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度課題三步進電動機一、步進電動機的結(jié)構(gòu)和種類1、基本結(jié)構(gòu)

步進電動機主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子，他們均由磁性材料構(gòu)成，一般定子相數(shù)為三相-六相，每相兩個繞組套在一對定子磁極上，稱為控制繞組，轉(zhuǎn)子上是無繞組的鐵心。三相步進電動機定子和轉(zhuǎn)子上分別有6個和4個磁極。如下圖步進電動機基本結(jié)構(gòu)圖1圖2同步電機基本結(jié)構(gòu)圖1、定子結(jié)構(gòu)圖3定子結(jié)構(gòu)2、轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖4轉(zhuǎn)子鐵心定子與轉(zhuǎn)子的位置為了清楚的演示該步進電動機的工作狀態(tài)我們看一下三相線圈的組合與連接，黃色為A相線圈，綠色線圈是B相線圈，紅色為C相線圈。2、步進電動機的種類步進電動機的結(jié)構(gòu)和分類方法較多，通常按勵磁方式分為反應式、永磁式、感應式三類。1、反應式特點：轉(zhuǎn)子為軟磁材料、無繞組，定子、轉(zhuǎn)子上開小曹，步距小，應用廣。圖82、永磁式特點：轉(zhuǎn)子為永磁材料，轉(zhuǎn)子的極數(shù)等于每相定子極數(shù)，不開小齒，步距角較大，力矩較大。圖93、感應子式轉(zhuǎn)子為永磁式、兩段，開小齒。混合反應式優(yōu)點與永磁式相同，轉(zhuǎn)矩大，動態(tài)性能好，步距角小。但結(jié)構(gòu)復雜，成本較高。圖10二、步進電動機的工作原理以反應式步進電機為例分析其工作原理。如下圖圖11三相反應式步進電動機工作原理步距角定義

通常通常把由一種通電狀態(tài)轉(zhuǎn)換到另一種通電狀態(tài)叫做一拍，每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度叫步距角θs，上述的通電方式稱為三相單三拍運行，三相是指定子為三相繞組，單是指每拍只有一相繞組通電，三拍是指經(jīng)過三次切換繞組的通電狀態(tài)為一個循環(huán)。三相步進電動機除了三相單三拍運行方式外，還有三相雙三拍、三相單雙六拍運行方式。三相單三拍運行方式圖12反應式三相單三拍運行圖三相雙三拍運行方式按AB-BC-CA-AB順序通電，每次均有兩個控制繞組通電，故稱為三相雙三拍。按三相雙三拍運行時，其步距角與三相單三拍一樣，都是30度圖13三相雙三拍原理圖三相單雙六拍運行方式若按A-AB-B-BC-C-CA-A順序通電，每次循環(huán)需換接6次，故稱為三相六拍因單相通電和兩相通電輪流進行，故又稱為三相單、雙六拍圖14三相單雙六拍工作原理圖三、小步距角的步進電動機上述的三相反應式步進電動機的步距角太大，通常不能滿足生產(chǎn)中小位移的要求，為此必須增加拍數(shù)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)。實際采用的步進電機的步距角多為3°和1.5°，步距角越小，機加工的精度越高。下面介紹一種最常見的小步距角三相反應式步進電動機。三相反應式步進電動機典型結(jié)構(gòu)示意如圖所示：定子仍然為三對極，每相一對，不過每個定子磁極的極靴上各有5個小齒，轉(zhuǎn)子圓周上均勻分布著40個小齒，轉(zhuǎn)子的齒距等于360°/40=9°，齒寬、齒槽各4.5°。為使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊，定子磁極上的小齒、齒寬和齒槽與轉(zhuǎn)子相同。假設(shè)是單三拍通電工作方式。圖15三相反應式步進電動機結(jié)構(gòu)圖（A相通電時的位置）1）A相通電，定子A相的5個小齒和轉(zhuǎn)子對齊。2）A相斷電、B相通電后，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過1/3個齒(3°)，使B相轉(zhuǎn)子、定子對齊。若轉(zhuǎn)子齒數(shù)為ZR，步距角θs的大小與轉(zhuǎn)子齒數(shù)ZR和拍數(shù)N的關(guān)系為:因為每輸人一個脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過1/NZR轉(zhuǎn)，若脈沖電源的頻率為f，步進電動機轉(zhuǎn)速為:上式說明，步進電動機轉(zhuǎn)速由控制脈沖頻率f、拍數(shù)N、轉(zhuǎn)子齒數(shù)ZR決定，與電源電壓、繞組電阻及負載無關(guān)，這是它抗干擾能力強的重要原因。例10-1：某臺三相反應式步進電動機，采用三相六拍運行方式，轉(zhuǎn)子齒數(shù)ZR=40,脈沖電源頻率為800Hz

(1)寫出一個循環(huán)的通電順序。

(2)求電動機的步距角θs

。

(3)求電動機的轉(zhuǎn)速n。

(4)求電動機每秒鐘轉(zhuǎn)過的機械角度θ。分析：(1)因為該步進電動機采用三相六拍運行方式，完成一個循環(huán)的通電順序為:AB-B-BC--C-CA-A(2)三相六拍運行方式時，N=6，則:

(3)電動機的轉(zhuǎn)速為:(4)每秒鐘轉(zhuǎn)過的機械角度為:

四、步進電動機的特點和應用步進電動機在近十年中發(fā)展很快，這是由于電力、電子技術(shù)的發(fā)展解決了步進電動機電源問題。最近新型永磁材料研制上的突破，又促進了步進電動機的進一步發(fā)展。由于步進電動機的步距(轉(zhuǎn)速)不受電壓波動和負載變化的影響，也不受環(huán)境條件(溫度、壓力、沖擊和振動等)的限制，而只與脈沖頻率成正比，所以它能按照控制脈沖數(shù)的要求，立即啟動、停止、反轉(zhuǎn)。在不丟步的情況下，角位移的誤差不會長期積累，所以步進電動機能實現(xiàn)高精度的角度開環(huán)控制。然而，由于開環(huán)控制的頻率不自控，低速時會發(fā)生振動現(xiàn)象，這是值得重視和研究的課題。盡管如此，目前步進電動機的應用范圍已很廣，在數(shù)控、工業(yè)控制、數(shù)模轉(zhuǎn)換和計算機外圍設(shè)備、工業(yè)自動線、