步进电机的工作原理细分介绍！

随着生产过程机械化、电气化和自动化的不断发展，出现了各种类型的特种电机。这些电机的工作原理，一般与普通的异步电机和直流电机的基本原理近似，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，属于微型电机的范围。 

 

步进电机

 

一般电机都是连续旋转，而步进电机却是一步一步转动的，故叫步进电机。每输入一个脉冲冲信号，该电机就转过一定的角度（有的步进电机可以直接输出线位移，称为直线电机）。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是反应式步进电机结构示意图，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。

 

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、AB、B、BC、C、CA、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、AC、C、CB、B、BA、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。

细分：在A相通电后，B相不完全通电，可通过控制B相线圈的电流大小而达到旋转角度的目的。

 

 

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。步进电机的结构图如图4所示。

 

由上面介绍可知，步进电机具有结构简单、维护方便、精确度高、起动灵敏、停车准确等性能。此外，步进电机的转速决定于电脉冲频率，并与频率同步。