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第四章  步进电动机 

 

4-1  概    述 

 

步进电动机

stepping motor 是将电脉冲信号转换为相应的角位移或直线位移的一种特殊电机

每输入一个电脉冲信号

电机就转动一个角度

它的运动形式是步进式的

所以称为步进电动机

又由于它输入的是脉冲电流

所以也叫脉冲电动机

 

步进电动机在不需要变换的情况下 能直接将数字脉冲信号转换成角位移或线位移 因此它很

适合作为数字控制系统的伺服元件 此外 它还具有一系列的优点 一是输出角位移量或线位移量

与其输入的脉冲数成正比 而转速或线速度与脉冲的频率成正比 在负载能力范围内 这些关系不

受电压的大小

负载的大小

环境条件等外界各种因素的干扰

二是它每转一周都有固定的步数

所以步进电动机在不失步的情况下运行 其步距误差不会长期积累 三是控制性能好 它可以在开

环系统中在很宽的范围内通过改变脉冲的频率来调节电机的转速 并且能够快速启动 制动和反转

四是有些型式的步进电动机在停止供电的状态下还有定位转矩 有些型式在停机后某些相绕组仍保

持通电状态 具有自锁能力 不需要机械制动装置等 当采用速度和位置检测装置后 它可构成闭

环控制系统

 

计算机技术 电力电子技术和微电子技术的发展 给步进电动机的应用开辟了广阔的前景 应

用非常广泛 如数控机床 绘图机 自动记录仪表 遥控装置和航空系统等等 都大量使用步进电

动机

 

步进电动机的主要缺点是效率较低 并且需要专用电源供给电脉冲信号 带负载惯量的能力不

强

在运行中会出现共振和振荡问题

 

步进电动机的种类很多 主要有反应式 永磁式和混合式 近年来又发展有直线步进电动机和

平面步进电动机等 其中反应式步进电动机结构较简单应用比较普遍 而且其他类型步进电动机的

基本原理与它基本相似

所以本章着重分析反应式步进电动机

 

 

4-2  反应式步进电动机的结构及工作原理 

 

一

反应式步进电动机的结构

 

反应式步进电动机的结构形式很多

按定转子铁芯的段数分为单段式和多段式两种

 

1 单段式 

单段式是定转子为一段铁芯 由于各相绕组沿圆周方向均匀排列 所以又称为径向分相式 它

是步进电动机中使用最多的一种结构形式 如图

4-1 为三相反应式步进电动机的径向截面图 定转

子铁芯由硅钢片叠压而成

定子磁极为凸极式

磁极的极面上开有小齿

定子

 

上有三套控制绕组 每一套有两个串联的集中控制绕组分别绕在径向相对的两个磁极上 每套绕组

叫一相

三相绕组接成星形

所以定子磁极数通常为相数的两倍

即

2p=2m p 为极对数 m 为相

数

转子上没有绕组

沿圆周也有均匀的小齿

其齿距和定子磁极上小齿的齿距必须相等

而且

转子的齿数有一定的限制 这种结构形式的优点是制造简便 精度易于保证 步距角可以做得较小

容易得到较高的启动和运行频率 其缺点是在电机的直径较小而相数又较多时 沿径向分相较为困