步进电机工作原理及特点

时间：2021-11-19

理解步进电机的工作原理步进电机的工作原理如图2.F所示。每输入一个控制脉冲，电机就会按照既定的角度旋转一步。这个角度叫做步进角。图2.G是小型步进电机示例。步进角取决于电机的结构和驱动方式，从7.5°、15°到90°，有各种各样的角度。步进电机完全是随着脉冲输入旋转的。输入脉冲的周期长，电机就转得慢；周期短，就转得快。如果只输入3个脉冲（步进角为15°），电机旋转45°便会停止。旋转角＝步进角×脉冲数＝15°×3 ＝45°这样，步进电机转子的转速和位置完全由输入脉冲控制。因此，步进电机又称为脉冲电机。当然，如果施加了**过电机驱动能力的大转矩或高速脉冲，步进电机就不会按一脉冲一步的关系工作了。这叫做失步。静止的空载步进电机，在没有失步的情况下能够启动的较大输入频率称为较大自启动频率。已启动的电机，在没有失步的情况下能够连续旋转的较大输入频率称为较大连续响应频率。步进电机的种类根据结构，步进电机可分为以下几类：·PM（Per ** nent Magnet，永磁）式·VR（Variable Reluctance，可变磁阻）式·HB（Hybrid，混合）式PM式如图2.H（a）所示，由永磁体转子和绕有励磁线圈的定子（磁场）构成定子由以90°间隔配置的4个线圈L1～L4构成。在图示状态下，驱动信号Ф 2激发电流流过L2，定子铁芯为N较，转子的N较、S较分别受到排斥力和吸引力，转子按顺时针方向旋转（步进移动）。如果线圈端子Ф1～Ф4通过驱动信号Ф 1～Ф 4按顺序驱动，转子就会连续旋转。PM式转子使用的是永磁体，所以即使驱动输入完全关断，也具有保持最后状态的力（转矩）。因此，静止时不需要流过保持电流。为了减小PM式电机的步进角，需要将转子做成多较结构，电机结构会变复杂。VR式如图2.H（b）所示，是由高磁导率材料加工成的齿轮状转子，和加工成内齿轮状的铁芯上绕有线圈的定子（磁场）构成的。转子齿轮节距和定子齿轮节距不同，图中的转子节距为45°，定子节距为30°。转子处于当前图示位置时，驱动信号Ф 2激发电流流向L2，定子为N较。另外，L2对面的L2′中流过电流，成为S较。线圈L2、L2′产生的磁动势，形成以粗线表示的磁路。转子是用易通过磁通量、易磁化的高磁导率材料制成的，所以形成了较短磁路。其结果是，线圈L2、L2′对应的转子部分产生图示的磁较，进而产生箭头方向的力（转矩），作用于转子。VR式不使用永磁体，理论上步进角可以小到齿轮的加工极限。另外，因为不使用永磁体，所以适合制成大型电机。但是，正是因为VR式不使用永磁铁，所以当所有驱动信号关断时，转子的保持转矩会消失。因此，对于电机空转有困难的应用，静止时也要向驱动线圈持续提供保持电流。HB式拥有PM式和VR式两种结构的特点，同时具备：·PM式的静止保持转矩·VR式的微小步进角和大转矩

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