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步進電機工作原理

隨著生產過程機械化、電氣化和自動化的不斷發(fā)展,出現(xiàn)了各種類型的特種電動機。這些電動機的工作原理,一般與普通的異步電動機和直流電動機的基本原理近似,但是它們在性能、結構、生產工藝上各有其特殊性,多用于自動控制過程中。一般來說,這些電動機的功率不大,小的只有幾分之一瓦,大的也不過幾十瓦或幾百瓦,屬于微型電動機的范圍。

步進電動機
  一般電動機都是連續(xù)旋轉,而步進電動卻是一步一步轉動的,故叫步進電動機。每輸入一個沖信號,該電動機就轉過一定的角度(有的步進電動機可以直接輸出線位移,稱為直線電動機)。因此步進電動機是一種把脈沖變?yōu)榻嵌任灰疲ɑ蛑本€位移)的執(zhí)行元件。

  步進電動機的轉子為多極分布,定子上嵌有多相星形連接的控制繞組,由專門電源輸入電脈沖信號,每輸入一個脈沖信號,步進電動機的轉子就前進一步。由于輸入的是脈沖信號,輸出的角位移是斷續(xù)的,所以又稱為脈沖電動機。

  隨著數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展,步進電動機的應用將逐漸擴大。

  步進電動機的種類很多,按結構可分為反應式和激勵式兩種;按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。



圖1 反應式步進電動機的結構示意圖

  圖1是反應式步進電動機結構示意圖,它的定子具有均勻分布的六個磁極,磁極上繞有繞組。兩個相對的磁極組成一組,聯(lián)法如圖所示。


  下面介紹反應式步進電動機單三拍、六拍及雙三拍通電方式的基本原理。

一、單三拍通電方式的基本原理
  設A相首先通電(B、C兩相不通電),產生A-A′軸線方向的磁通,并通過轉子形成閉合回路。這時A、A′極就成為電磁鐵的N、S極。在磁場的作用下,轉子總是力圖轉到磁阻最小的位置,也就是要轉到轉子的齒對齊A、A′極的位置(圖2a);接著B相通電(A、C兩相不通電),轉了便順時針方向轉過30°,它的齒和C、C′極對齊(圖2c)。不難理解,當脈沖信號一個一個發(fā)來時,如果按A→C→B→A→…的順序通電,則電機轉子便逆時針方向轉動。這種通電方式稱為單三拍方式。

 


圖2 單三拍通電方式時轉子的位置


二、六拍通電方式的基本原理
  設A相首先通電,轉子齒與定子A、A′對齊(圖3a)。然后在A相繼續(xù)通電的情況下接通B相。這時定子B、B′極對轉子齒2、4產生磁拉力,使轉子順時針方向轉動,但是A、A′極繼續(xù)拉住齒1、3,因此,轉子轉到兩個磁拉力平衡為止。這時轉子的位置如圖3b所示,即轉子從圖(a)位置順時針轉過了15°。接著A相斷電,B相繼續(xù)通電。這時轉子齒2、4和定子B、B′極對齊(圖c),轉子從圖(b)的位置又轉過了15°。其位置如圖3d所示。這樣,如果按A→A、B→B→B、C→C→C、A→A…的順序輪流通電,則轉子便順時針方向一步一步地轉動,步距角15°。電流換接六次,磁場旋轉一周,轉子前進了一個齒距角。如果按A→A、C→C→C、B→B→B、A→A…的順序通電,則電機轉子逆時針方向轉動。這種通電方式稱為六拍方式。

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