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步进电机的结构与工作原理

时间:2019-10-09    浏览:()     标签:

步进电机

  步进电机是一种同步电机,其结构同其它电机一样,由定子和转子组成,定子为激磁场,其激磁磁场为脉冲式,即磁场以一定频率步进式旋转,转子则随磁场一步一步前进。步进电机主要有反应式、电磁式、永磁式几种。下面以反应式步进电机为例,来讨论其工作原理:

  步进电机由转子和定子两部分组成。转子和定子均由带齿的硅钢片叠成。定子上有绕组分为若干相,每相磁极上有极齿。当某相定子绕组通以直流电压激磁后,便吸引转子,使转子上的齿与该相定子的齿对齐,令转子转动一定的角度,依次向定子绕组轮流激磁,会使转子连续旋转。

  步进电机的定子可以做成三、四、五、六相甚至于做成八相,各相绕组可在定子上径向排列,也可在定子的轴向上分段排列。

  下面的FLASH为步进电机的工作原理动画演示,所选示例为单定子径向分相式反应步进电机的断面图。转子上有均匀分布的40个齿,没有绕组。A、B、C三相定子每相两极,每极上有5个齿,与转子一样齿间夹角均为9°。如果A相通电则转子齿与A相极齿对齐,这时在B相两极下定子齿与转子齿中心线并不对齐,而是转子齿中心线较定子齿中心线反时针方向落后1/3齿距,即3°。C相下,转子齿超前6°。因此,当通电状态由A相变为B相时,转子顺时针方向转过3°,C相通电再转3°。步距角为双拍通电激磁,即按A-AB-B-BC-C-CA-A……的顺序通电激磁,则步距角为

  一般而言

  (1)

  式中:m——绕组相数;

  z——转子齿数,单拍通电kp=1,双拍通电kp=2。如果按上述相反的方向通电,则步进电机将反时针方向旋转。

  图1所示为五相五定子轴向分相反应式步进电机。定子和转子都分为5段,呈轴向布置。其上均有16个齿,故齿距为22.5°,各相定子彼此径向错开1/5个齿的齿距(也可以由五段转子彼此径向错开1/5齿距)。如果按A-B-C-D-E-A……的五相五拍通电,步距角为

  如果按AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA-EAB-AB……的十拍通电,则步距角为2.25°。

  图1五相五定子轴向分相反应式步进电机

  图2(a)为160BF02型六相功率步进电机,电机的转子有40个齿,不分段由硅钢片叠成。步距角可以是1.5°或0.75°。电机的定子如图(b)所示由硅钢片叠成分为三段,每段有8个磁极,单数极属于同一相,双数极属于另一相,极齿的齿夹角也是360°/40=9°,每段上的两相磁极的极齿彼此便错开4.5°。三段定子装入机壳内时,三段上的记号槽相互径向错开120°,因而三段上三个均布键槽对齐,在键槽中用键固定。这样装配后,段与段之间的极齿便错开1.5°,如果第一段的两相为A、D相,则第二段为B、E相,第三段为C、F相。功率步进电机的输出转矩大,绕组上的电流大。结构上采用径向与轴向分相相结合的形式,径向尺寸小,惯性小,散热好,而且没有磁漏。

  图2 160BF02型六相功率步进电机