第二章控制电机基础详解.ppt

控制电机基础 2.3 步进电机 二、反应式步进电机 （二）结构形式 1．单段式 单段式又称为径向分相式。它是目前步进电机中使用最多的一种形式。定子的磁极的极面上开有小齿；转子沿圆周也有均布的小齿，它们的齿形和齿距完全相同。这种结构形式使电机制造简便，精度易于保证；步距角又可以做得较小，容易得到较高的启动和运行频率。此外，这种电机消耗的功率较大，断电时无定位转矩。 控制电机基础 2.3 步进电机 二、反应式步进电机 2．多段式 多段式又称为轴向分相式。按其磁路的特点不同，又可分为轴向磁路多段式和径向磁路多段式两种。 控制电机基础 2.3 步进电机 三、永磁式步进电机 电机转子或定子在结构上采用永久磁钢的步进电动机，称为永磁式步进电动机。 优点：绕组不通电时具有一定的定位转矩；静转矩尺寸比高；采用永磁转子，所需的运行功耗小；机械结构简单；采用永磁转子，阻尼特性好；能双向工作；由于许多部件是冲压件，所以价格低廉。 缺点：转矩与转子惯量比低；永磁体的磁化强度可能有变化；反电势高，而最高转速低；由于本身结构所限，不适于小步距角用途；起动频率低。 控制电机基础 2.3 步进电机 三、永磁式步进电机 （一）工作原理 永磁式步进电机的典型结构如图所示，转子为一对极或几对极的星形磁钢，定子上绕有二相或多相绕组，定子每相极对数与转子磁极轴线位置对齐。 当定子绕组按A—B—（-A）—（-B）单四拍方式或AB—B（-A）—（-B）（-A）—（-B）A双四拍方式通电时，转子便连续旋转，步距角45°。若定子绕组按A—AB—B—B（-A）………八拍方式通电，则转子旋转步距角为22.5°。 这类电机要求电源能输出正负脉冲，电源较复杂。 控制电机基础 2.3 步进电机 三、永磁式步进电机 控制电机基础 2.3 步进电机 三、永磁式步进电机 （二）结构形式 永磁式步进电机可根据不同用途发展出各种不同的结构形式。包括转子多段式步进电机，定子多段式步进电机，数码显示用步进电机，定子带磁钢的步进电机等。 控制电机基础 2.3 步进电机 四、混合式步进电机 混合式步进电机是在永磁和变磁阻原理共同作用下运转的，也称为永磁感应子式步进电机。 混合式步进电机用得最多的步距角是1.8°，或每转200步。 当混合式步进电机通以两相正弦交流电后，就可作为同步电机使用。此时电动机的转速可由下式求得： 控制电机基础 2.3 步进电机 四、混合式步进电机 S —同步转速，r/min； f —电源频率，Hz； Nr —转子齿数。 控制电机基础 2.3 步进电机 五、直线式步进电机 （一）工作原理 直线步进电机的工作原理如图所示。定子用铁磁材料制成“定尺”，其上开有间距为t的矩形齿槽，槽中填满非磁材料（如环氧树脂），使整个定子表面非常光滑。动子上装有两块永久磁钢A和B，每一磁极端部装有用铁磁材料制成的?形极片，每块极片有两个齿（如a和c），齿距为1.5t，这样，当齿a与定子的齿对齐时，齿c便对准槽。同一磁钢的两个极片间隔的距离刚好使齿a和c’能同时对准定子的齿，即它们的间隔是kt，k代表任一整数：1、2、2、4……。 控制电机基础 2.3 步进电机 五、直线式步进电机 磁钢B与A相同，但极性相反，它们之间的距离应等于 当其中一个磁钢的齿完全与定子的齿和槽对齐时，另一磁钢的齿应处于定子的齿和槽的中间。 控制电机基础 2.3 步进电机 五、直线式步进电机 在磁钢A的两个?形极片上装有A相控制绕组，磁钢B上装有B相控制绕组。如果某一瞬间，A相控制绕组中通入直流电流iA，并假定箭头指向左边的电流方向为正方向，如图（a）所示。这时A相绕组所产生的磁通在齿a、a’中与永久磁钢的磁通相迭加，而在齿c、c’中却抵消，这时齿c、c’全部去磁，不起任何作用。在这过程中B相绕组不通电流，即iB=0，磁钢B的磁通量在齿d、d’、b和b’中大致相等，沿着动子移动方向各齿产生的作用力互相平衡。 控制电机基础 2.3 步进电机 五、直线式步进电机 概括起来，这时只有a、a’在起作用，它使动子处在图（a）所示的位置上。 为了使动子向右移动，就是说从图（a）移到图（b）的位置，就要切断A相绕组的电源，使iA=0，同时给B相绕组通入正向电流iB，这时在齿b和b’中B相绕组产生的磁通与永久磁钢的磁通相迭加，而在齿d、d’中抵消。因而动子便向右移动半个齿宽，既t/4，使b、b’ 移到与定子的齿相对齐的位置。 控制电机基础 2.3 步进电机 五、直线式步进电机 如果切断电流iB，并给A相绕组通上反向电流，这时A相绕组及磁钢A产生的磁通与永久磁钢的磁通在齿c、c’中相迭加，而在齿a、a’中相抵消，动