《电机与变压器》课件-第六章 步进电机

步进电机的工作方式三相单三拍步进电机的工作方式学习目标：掌握三相单三拍的运行规律工作原理步进电动机的定子为凸极式结构，其上有6个均匀分布的磁极。分别安装有三相励磁绕组，并做三角型连接。工作原理转子有4个均匀分布的齿，上面无绕组步进电动机工作时，定子各相绕组轮流通电（即轮流输入脉冲电压）。U相绕组开关闭合：三相单三拍制图中U相绕组中开关闭合，向U相绕组通入电脉冲，气隙中产生一个沿U1U2轴线方向的磁场。三相单三拍制U相绕组开关闭合：转子铁芯齿1、3与U相绕组轴线U1U2对齐。V相绕组开关闭合：三相单三拍制U相绕组中开关断开，将V相绕组中开关闭合，则向V相绕组通入电脉冲，气隙中产生一个沿V1V2轴线方向的磁场。三相单三拍制V相绕组开关闭合：磁拉力将转子铁芯齿2、4与V相绕组轴线V1V2对齐。此时转子即按顺时针方向转过30°电角度。W相绕组开关闭合：三相单三拍制V相绕组中开关断开，而将W相绕组中开关闭合，向W相绕组通入电脉冲，气隙中产生一个沿W1W2轴线方向的磁场。三相单三拍制W相绕组开关闭合：磁拉力将转子铁芯齿1、3与W相绕组轴线W1W2对齐。此时转子即按顺时针方向又转过30°电角度。三相单三拍控制方式控制规律:定子三相绕组按U-V-W-U--…的顺序轮流通电，则转子就按顺时针方向一步一步地转动，每一步转过30°电角度。三相单三拍控制方式控制规律:每一步转过的角度称为步距角；从一相通电转换到另一相通电称为一拍，每一拍转子转过一个步距角。三相单三拍控制方式电动机转速取决于通入电脉冲的频率，频率越高转速越快。控制规律:如果改变通电的顺序，则步进电动机将反方向一步步转动。三相单三拍制三相单三拍运行“单”是指每次只有一相绕组通电“三拍”是指一个循环只换接三次三相单三拍制三相单三拍制特点（1）这种运行方式在实际应用中由于切换时在一相控制绕组断电而另一相控制绕组通电的交替时刻容易造成失步。三相单三拍制三相单三拍制特点（2）由单一控制绕组通电吸引转子也容易造成转子在平衡位置附近产生振荡，故运行稳定性较差，因而很少应用。步进电机的工作方式三相单三拍步进电机的工作方式三相双三拍步进电机的工作方式学习目标：掌握三相双三拍的运行规律工作原理步进电动机的定子为凸极式结构，其上有6个均匀分布的磁极。分别安装有三相励磁绕组，并做三角型连接。工作原理转子有4个均匀分布的齿，上面无绕组步进电动机工作时，定子两相绕组轮流通电（即轮流输入脉冲电压）。AB通电：三相双三拍制AB两相绕组中开关闭合，此时AB两相绕组同时通电，转子的磁极将同时受到A相和B相磁极的吸引力。三相双三拍制AB通电：转子的磁极只好停在AB相磁极吸引力作用平衡的位置。BC通电：

三相双三拍制改变成A相绕组的开关断开，BC两相绕组中开关闭合，此时A相断电，BC两相同时通电。三相双三拍制BC通电：

由于磁力的作用，转子就近转动，转子磁极停在BC相磁极吸引力作用平衡的位置，转子沿逆时针方向转过30°。CA通电：三相双三拍制B相绕组的开关断开，而CA两相绕组中开关闭合，此时B相断电，CA两相通电。三相双三拍制CA通电：由于磁力的作用，转子就近转动，转子磁极停在CA相磁极在吸引力作用平衡的位置，转子沿逆时针方向转过30°。三相双三拍控制方式控制规律:控制电路定子三相绕组按顺序：轮流通电，则步进电机的转子便不停地逆时针转动。AB→BC→CA→AB→…三相双三拍控制方式控制规律:通电顺序改为：步进电机的转子将顺时针转动。AB→CA→BC→AB→…三相双三拍制三相双三拍运行“双”是指每次只有两相绕组通电“三拍”是指一个循环只换接三次三相双三拍制三相双三拍控制方式，每次有两相绕组同时通电，每一循环也需要切换三次，步距角与三相单三拍控制方式相同，也为30º。（AB两相通电）（BC两相通电）（CA两相通电）步进电机的工作方式三相双三拍步进电机的工作方式三相六拍步进电机的工作方式学习目标：掌握三相六拍的运行规律工作原理步进电动机的定子为凸极式结构，其上有6个均匀分布的磁极。分别安装有三相励磁绕组，并做三角型连接。工作原理转子有4个均匀分布的齿，上面无绕组步进电动机工作时，定子各相绕组轮流通电（即轮流输入脉冲电压）。U相通电：三相六拍步进电动机三相六拍运行的工作原理图三相六拍通电顺序为：U相通电：每一个循环共六拍其中三拍为单相通电，三拍为两相通电。U-UV-V-VW-W-WU-U……三相六拍U相通电：U相绕组中开关闭合，向U相绕组通入电脉冲，气隙中产生一个沿U1U2轴线方向的磁场。三相六拍U相通电：转子铁芯齿1、3与U相绕组轴线U1U2对齐。UV通电：三相六拍U相和V相绕组中开关同时都闭合，则向U相和V相绕组通入电脉冲。三相六拍UV通电：转子铁芯齿3、4间的槽轴线与W1W2槽轴线对齐，磁拉力将拉转子铁芯转过15°电角度，即一拍转过15°电角度。V相通电：三相六拍当U相绕组中开关断开，将图中所示V相绕组中开关闭合。三相六拍V相通电：向V相绕组通入电脉冲，气隙中产生一个沿V1V2轴线方向的磁场。三相六拍V相通电：磁拉力将转子铁芯齿2、4与V相绕组轴线V1V2对齐。三相六拍V相通电：转子按顺时针方向又转过15°电角度，故三相六拍通电时步距角为15°电角度。三相六拍为了减小步距角，步进电动机的实际结构是将定子的每一个极分成许多小齿，转子也由许多小齿组成。三相六拍如图所示，其定子上有6个磁极，每个极面上有5个齿，磁极上面装有控制绕组且连成U、V、W三相。三相六拍转子上均匀分布40个齿，定、转子的齿距都相同。三相六拍若采用三相单三拍通电方式，即当控制绕组按U-V-W-U…顺序循环通电，转子就沿顺时针方向以每一拍转过了3°的方式转动。三相六拍若采用三相六拍通电方式进行，即按U-UV-V-VW-W-WU-U…顺序循环通电，转子步距角也将减小一半，即每一拍仅转过1.5°。优缺点步进电动机的相数和转子齿数越多，则步距角越小，精度越高。相数和转子齿数越多，步进电动机的结构和驱动电源就越复杂，价格也越贵。因此，目前步进电动机一般最多为六相。三相六拍控制方式控制规律:以上面的通电顺序，单相绕组和双相绕组同时通电一次交替改变，其逆时针的通电顺序为:U→UW→W→WV→VU→U…三相六拍控制方式控制规律:顺时针通电顺序：定子绕组的通电状态每改变一次，转子转过15°。U→UW→W→WV→VU→U…步进电机的工作方式三相六拍步进电机的主要性能指标步进电机的主要性能指标步距角齿距角零位失调角最大静转矩精度启动频率运行频率掌握步进电机的主要性能指标学习目标：一、步距角每给一个脉冲信号电动机转子转过的角度称为步距角，常用电角度来表示。一、步距角公式中，Zr为转子齿数；N为运行拍数，通常等于相数或相数的整数倍，即N等于k与m的乘积，其中m为电动机相数。一、步距角电动机出厂时给出一个步距角的值，如某步进电动机给出的步距角值为0.9°/1.8°（表示半步工作时为0.9°/整步工作时为1.8°)一、步距角这个步距角可以称为电动机固有步距角，它不一定是电动机实际工作时真正的步距角，真正的步距角和驱动器有关。二、齿距角相邻两齿中心线间的夹角称为齿距角，通常定子和转子具有相同的齿距角。齿距角公式如图所示。二、齿距角当电动机为三相单三拍运行，即按U-V-W-U…的顺序通电时，若开始是U相通电，转子齿轴线与U相磁极的齿轴线对齐。二、齿距角换接一次绕组，转子转过的角度为三分之一齿距角，即步距角为2.4°；转子走3步转过一个齿距角，此时转子齿轴线又重新与U相磁极齿轴线对齐。二、齿距角当电动机为三相六拍运行，即按U-UV-V-VW-W-WU-U⋯的顺序通电时：换接一次绕组，转子转过的角度为六分之一齿距角，转子需要走6步才能转过一个齿距角。三、零位零位即是初始稳定平衡位置·零位指不改变绕组通电状态·转子在理想空载状态下的平衡位置失调角为转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，即扰动作用时转子偏离零位的电角度。四、失调角电动机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。五、最大静转矩Tm最大静转矩指每相绕组通上额定电流时所得的值。最大静转矩值较大的电动机可以带动较大的负载。负载转矩和最大静转矩的比值通常取为0.3到0.5六、精度①：用步距误差最大值来表示②：用步距累计误差最大值来表示两种表示方法六、精度①最大步距误差电动机旋转一周内相邻两步之间最大步距和理想步距角的差值，用理想步距的