步進電機原理與問答

步進電機工作原理

　　(一)反應式步進電機原理

　　由于反應式步進電機原理比較簡單。下面先敘述三相反應式步進電機原理。

　　1、結構：

　　電機轉子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉子齒軸線錯開。0、1/3て、2/3て,(相鄰兩轉子齒軸線間的距離為齒距以て表示)，即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3て，C與齒3向右錯開2/3て，A’與齒5相對齊，(A’就是A，齒5就是齒1)

　　2、旋轉：

　　如A相通電，B，C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，(轉子不受任何力以下均同)。如B相通電，A，C相不通電時，齒2應與B對齊，此時轉子向右移過1/3て，此時齒3與C偏移為1/3て，齒4與A偏移(て-1/3て)=2/3て。如C相通電，A，B相不通電，齒3應與C對齊，此時轉子又向右移過1/3て，此時齒4與A偏移為1/3て對齊。如A相通電，B，C相不通電，齒4與A對齊，轉子又向右移過1/3て這樣經過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4(即齒1前一齒)移到A相，電機轉子向右轉過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機就每步(每脈沖)1/3て,向右旋轉。如按A，C，B，A……通電，電機就反轉。

　　由此可見：電機的位置和速度由導電次數(脈沖數)和頻率成一一對應關系。而方向由導電順序決定。

　　不過，出于對力矩、平穩(wěn)、噪音及減少角度等方面考慮。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A這種導電狀態(tài)，這樣將原來每步1/3て改變?yōu)?/6て。甚至于通過二相電流不同的組合，使其1/3て變?yōu)?/12て，1/24て，這就是電機細分驅動的基本理論依據。

　　不難推出：電機定子上有m相勵磁繞阻，其軸線分別與轉子齒軸線偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且導電按一定的相序電機就能正反轉被控制——這是步進電機旋轉的物理條件。只要符合這一條件我們理論上可以制造任何相的步進電機，出于成本等多方面考慮，市場上一般以二、三、四、五相為多。

　　3、力矩：

　　電機一旦通電，在定轉子間將產生磁場(磁通量Ф)當轉子與定子錯開一定角度產生力F與(dФ/dθ)成正比 S 其磁通量Ф=Br*S Br為磁密，S為導磁面積 F與L*D*Br成正比L為鐵芯有效長度，D為轉子直徑 Br=N·I/R N·I為勵磁繞阻安匝數(電流乘匝數)R為磁阻。

　　力矩=力*半徑

　　力矩與電機有效體積*安匝數*磁密成正比(只考慮線性狀態(tài))因此，電機有效體積越大，勵磁安匝數越大，定轉子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。

　　(二)感應子式步進電機

　　1、特點：

　　感應子式步進電機與傳統(tǒng)的反應式步進電機相比，結構上轉子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發(fā)熱低。因永磁體的存在，該電機具有較強的反電勢，其自身阻尼作用比較好，使其在運轉過程中比較平穩(wěn)、噪音低、低頻振動小。

　　感應子式步進電機某種程度上可以看作是低速同步電機。一個四相電機可以作四相運行，也可以作二相運行。(必須采用雙極電壓驅動)，而反應式電機則不能如此。例如：四相，八相運行(A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A)完全可以采用二相八拍運行方式.不難發(fā)現其條件為C=,D=.

　　一個二相電機的內部繞組與四相電機完全一致，小功率電機一般直接接為二相，而功率大一點的電機，為了方便使用，靈活改變電機的動態(tài)特點，往往將其外部接線為八根引線(四相)，這樣使用時，既可以作四相電機使用，可以作二相電機繞組串聯或并聯使用。

　　2、分類

　　感應子式步進電機以相數可分為：二相電機、三相電機、四相電機、五相電機等。以機座號(電機外徑)可分為：42BYG(BYG為感應子式步進電機代號)、57BYG、86BYG、110BYG、(國際標準)，而像70BYG、90BYG、130BYG等均為國內

　　三、驅動控制系統(tǒng)組成

　　使用、控制步進電機必須由環(huán)形脈沖，功率放大等組成的控制系統(tǒng)，其方框圖如下：

　　1、脈沖信號的產生。

　　脈沖信號一般由單片機或CPU產生，一般脈沖信號的占空比為0.3-0.4左右，電機轉速越高，占空比則越大。

　　2、信號分配

　　我廠生產的感應子式步進電機以二、四相電機為主，二相電機工作方式有二相四拍和二相八拍二種，具體分配如下：二相四拍為,步距角為1.8度;二相八拍為,步距角為0.9度。四相電機工作方式也有二種，四相四拍為AB-BC-CD-DA-AB,步距角為1.8度;四相八拍為AB-B-BC-C-CD-D-AB,(步距角為0.9度)。

　　3、功率放大

　　功率放大是驅動系統(tǒng)最為重要的部分。步進電機在一定轉速下的轉矩取決于它的動態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流(而樣本上的電流均為靜態(tài)電流)。平均電流越大電機力矩越大，要達到平均電流大這就需要驅動系統(tǒng)盡量克服電機的反電勢。因而不同的場合采取不同的的驅動方式，到目前為止，驅動方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅動、恒流