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随生产过程机械化、电气化和自动化的不断发展，出现了各种类型的特种电动 机。这些电机的工作原理，一般与普通的异步电动机和直流电动机的基本原理近 似，但是它们在性能、结构、生产工艺上各有其特殊性，多用于自动控制过程中。 一般来说，这些电动机的功率不大，小的只有几分之一瓦，大的也不过几十瓦或几 百瓦，属于微型电动机的范围。 步进电动机 一般电机都是连续旋转，而步进电动却是一步一步转动的，故叫步进电动 机。每输入一个冲信号，该电动机就转过一定的角度（有的步进电动机可以直接输 出线位移，称为直线电动机）。因此步进电机是一种把脉冲变为角度位移（或直 线位移）的执行元件。 步进电机的转子为多极分布，定子上嵌有多相星形连接的控制绕组，由专门 电源输入电脉冲信号，每输入一个脉冲信号，步进电动机的转子就前进一步。由于 输入的是脉冲信号，输出的角位移是断续的，所以又称为脉冲电动机。 随着数字控制系统的发展，步进电机的应用将逐渐扩大，步进电动机的种类 很多，按结构可分为反应式和激励式两种；按相数分则可分为单相、两相和多相三 种。 图 1 反应式步进电动机的结构示意图 图 1 是反应式步进电动机结构示意图，它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁 极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一组，联法如图所示。 下面介绍反应式步进电动机单三拍、六拍及双三拍通电方式的基本原理。 一、单三拍通电方式的基本原理 设 A 相首先通电（ B 、 C 两相不通电），产生 A-A′ 轴线方向的磁通，并 通过转子形成闭合回路。这时 A 、 A′ 极就成为电磁铁的 N 、 S 极。在磁场的 作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐 A 、 A′ 极的位置（图 2a ）；接着 B 相通电（ A 、 C 两相不通电），转了便顺时针 方向转过 30° ，它的齿和 C 、 C′ 极对齐（图 2c ）。不难理解，当脉冲信号 一个一个发来时，如果按 A→C→B→A→… 的顺序通电，则电机转子便逆时针方向 转动。这种通电方式称为单三拍方式 图 2 单三拍通电方式时转子的位置 二、六拍通电方式的基本原理 设 A 相首先通电，转子齿与定子 A 、 A′ 对齐（图 3a ）。然后在 A 相继 续通电的情况下接通 B 相。这时定子 B 、 B′ 极对转子齿 2 、 4 产生磁拉力， 使转子顺时针方向转动，但是 A 、 A′ 极继续拉住齿 1 、 3 ，因此，转子转到 两个磁拉力平衡为止。这时转子的位置如图 3b 所示，即转子从图 (a) 位置顺时针 转过了 15° 。接着 A 相断电， B 相继续通电。这时转子齿 2 、 4 和定子 B 、 B′ 极对齐（图 c ），转子从图 (b) 的位置又转过了 15° 。其位置如图 3d 所示。这样，如果按 A→A 、 B→B→B 、 C→C→C 、 A→A… 的顺序轮流通 电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角 15° 。电流换接六次，磁场旋 转一周，转子前进了一个齿距角。如果按 A→A 、 C→C→C 、 B→B→B 、 A→ A… 的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六拍方式。 .A 相通电 b.A 、 B 相通电 c.B 相通电 d.B 、 C 相通电 图 3 六拍通电时转子位置 三、双三拍通电方式的基本原理 如果每次都是两相通电，即按 A 、 B→B 、 C→C 、 A→A 、 B→… 的顺序 通电，则称为双三拍方式，从图 3b ，和图 3d 可见，步距角也是 30° 。因此， 采用单三拍和双三拍方式时转子走三步前进了一个齿距角，每走一步前进了三分之 一齿距角；采用六拍方式时，转子走六步前进了一个齿距角，每走一步前进了六分 之一齿距角。因此步距角 θ 可用下式计算 θ＝ 360°/Zr×m 式中 Zr 是转子齿数； m 是运行拍数。 一般步进电动机最常见的步距角是 3° 或 1 ． 5° 。由上式可知，转子上不 只 4 个齿（齿距角 90° ），而有 40 个齿（齿距角为 9° ）。为了使转子齿与 定子齿对齐，两者的齿宽和齿距必须相等。因此，定子上除了 6 个极以外，在每个 极面上还有 5 个和转子齿一样的小齿。步进电动机的结构图如图 4 所示。 图 4 三相反应式步进电动机的结构图 由上面介绍可知，步进电动机具有结构简单、维护方便、精确度高、起动灵 敏、停车准确等性能。此外，步进电动机的转速决定于电脉冲频率，并与频率同 步。 |
