反應式步進電動機的工作原理
步進電動機的輸入電源是一種脈沖電壓，有一個輸入脈沖，電動機轉過一個固定角度。它是一種“一步一步”地轉動的電動機，其轉過的角度與輸入的電脈沖個數(shù)嚴格地成比例，故因此而得名。改變輸入其脈沖的頻率，就可以在很廣的范圍內平滑連續(xù)地調整輸出轉速。它還是目前唯一能進行開環(huán)控制的執(zhí)行電器，廣泛用于簡易經(jīng)濟性數(shù)控裝置的改造和設計中。
步進電動機的有關術語：
相數(shù)：電動機定子上有磁極，磁極對數(shù)為相數(shù)，如圖1有六個磁極，為三相步進電動機。五相步進電動機則有十個磁極。
拍數(shù)：電動機定子繞組每改變一次通電方式，稱為一拍。
步距角：轉子經(jīng)過一拍轉過的空間角，用符號a表示。
齒距角：轉子上齒距在空間的角度。如轉子上有N個齒、齒距角＝360°／N。
步進電動機由定子和轉子組成，定子上的磁極和轉子都有齒，定子磁極上的磁寬和磁槽必須和轉子上的磁寬和磁槽相等。圖1為徑向反應式步進電動機結構原
理示意圖，它的定子上有6個磁極，極距角為60°、每個磁極都看作是一個齒。每個磁極上都裝有控制繞組，形成A、B、C三相繞。轉子上均勻地分布著四個齒，每個齒寬與定子磁極極靴的寬度完全一樣，齒距角為360°／4=90°。因磁通總是要沿著磁阻最小的路徑閉合，所以當某相的繞組例如A相繞組第一個通電時．使轉子齒1、3和定子A相磁極對齊，這時電動機的其他兩相(B相、C相)的磁極分別和轉子上的齒產(chǎn)生一個角度，把它叫作錯齒，錯齒角是轉子齒距角的三分之一，即30°。當A相繞組斷電，B相繞組通電時，同樣磁通沿著最小磁阻路徑閉合、轉子逆時針旋轉30°，使轉子齒2、4與 B相磁極相對齊。此時轉子1、3齒和A相、C相產(chǎn)生30°的錯齒。若再使B相斷電，C相通電，則轉子再逆時針旋轉30°，使轉子齒1、3和C相對齊。若再使C相斷，A相通電，則由于仍有錯齒，則使2、4齒和A相磁極對齊，轉子轉了一個齒距角90°，回到了剛開始的狀態(tài)。如果按這種通電順序通電，電動機便會按一定的方向轉動，這即是反應式步進電動機的基本工作原理。其轉速決定于電源通斷的變化頻率，運轉方向決定于電源通斷順序。從上述工作原理可看出，步進電動機能步進旋轉的根本原因在于轉子齒和每相定子磁極齒錯開1／m齒距。對三相步進電機，當轉子齒和某相(如A相)對齊時，則和另外兩相(B相、C相)分別向前和向后產(chǎn)生l／3的錯齒。錯齒，實際上就是定子相鄰磁極的磁極距所占的齒距數(shù)不是整數(shù)，如上述轉子上有四個齒，齒距角為90°，而相鄰磁極的極距角為60°，60°所占的齒距角為2／3，不是整數(shù)，結構上的這種錯齒才能使步進電動機在電脈沖作用下產(chǎn)生轉動。錯齒角的大小決定著步距角的大小，步距角小才能提高加工精度。實際中采用的步進電動機轉子齒數(shù)基本上由步距角的要求決定，齒數(shù)多，步矩角少。但為了實現(xiàn)錯齒，轉子齒數(shù)不能為任意值。某一極下若定子和轉子齒對齊，則要求應錯開轉子齒距的1/m (m為相數(shù))，轉子齒應符合的條件為： z =2 m（k±1/ m）
式中 m-相數(shù)，
k-1，2，3，…正整數(shù)。
例如三相步進電動機、取轉子齒數(shù)為40個，上式取z =2 m（k±1/ m），k取7，等式成立。說明轉子齒數(shù)取40個滿足錯齒的要求，步進電動機的結構是合理的。
步進電動機的步距角a由下式?jīng)Q定：a＝360°/ mzc
式中 z-轉子齒數(shù)；
m-相數(shù)；
c-系數(shù)，c=1或2。系數(shù)c與步進電動機的通電方式有關。當相鄰兩拍接通的定子的極數(shù)相同時，c＝1；不同時，c＝2。360°/ mz為定子相對轉子錯開的齒距角。
步進電動機的轉速n(r／min)與通電頻率f成正比。即
n＝60a°／360°＝60f / mzc (r／min)
當步進電動機經(jīng)過傳動比為i (i＝z1/z2)，驅動絲杠螺距為t的傳動系統(tǒng)時，脈沖當量δ(mm／脈沖)為：δ=tai/360°= ti/ mzc
步進電動機相數(shù)和齒數(shù)越多，步距角越小、脈沖當量也越小。加工精度可以提高，但電源也復雜。目前比較小的步距角常為0.75°,脈沖當量常為0.01mm。常用相數(shù)為3相或5相，最多為6相。
步進電動機有單拍、雙拍、單雙拍幾種不同的通電方式，以三相步進電動機為例：
（1）三相單三拍通電方式：每次只有一相通電，按A→B→C→A順序循環(huán)通電。由于每次只有一相通電，在繞組通電切換的瞬間，電動機將失去自鎖轉矩因而穩(wěn)定性較差。步距角系數(shù)c＝l。
（2）三相雙三拍通電方式：每次都是同時兩相通電、按AB→BC→CA→AB順序循環(huán)通電。由于每次有兩相通電，切換時不失去自鎖轉矩，穩(wěn)定性較好。步距角系數(shù)c＝1。
（3）三相單雙三拍(六拍)通電方式：即按A→AB→B→BC→C→CA→A順序通電，仍具有較好的穩(wěn)定性；同時因轉一個齒距是六拍，故步距角是其他兩種的一半，即步進角系數(shù)c＝2。 |
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