步進電動機概念及其工作原理

步進電動機是一種將脈沖信號變換成相應(yīng)的角位移(或線位移)的電磁裝置，是一種特殊的電動機。一般電動機都是連續(xù)轉(zhuǎn)動的，而步進電動機則有定位和運轉(zhuǎn)兩種基本狀態(tài)，當(dāng)有脈沖輸入肘步進電動機一步一步地轉(zhuǎn)動，每給它一個脈沖信號，它就轉(zhuǎn)過一定的角度。步進電動機的角位移量和輸入脈沖的個數(shù)嚴(yán)格成正比，在時間上與輸入脈沖同步，因此只要控制輸入脈沖的數(shù)量、頻率及電動機繞組通電的相序，便可獲得所需的轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)速及轉(zhuǎn)動方向。在沒有脈沖輸入時，在繞組電源的激勵下氣隙磁場能使轉(zhuǎn)子保持原有位置處于定位狀態(tài)。 步進電動機按其輸出轉(zhuǎn)矩的大小來分，可以分為快速步進電動機和功率步進電動機。快速步進電動機連續(xù)工作頻率高而輸出轉(zhuǎn)矩較小，一般在N·cm級，可以作為控制小型精密機床的工作臺(例線切割機床)也可以和液壓轉(zhuǎn)矩放大器組成電液脈沖馬達去驅(qū)動數(shù)控機床的工作臺，而功率步進電動機的輸出轉(zhuǎn)矩就比較大是N·m級的，可以直接去驅(qū)動機床的移動部件。 步進電動機按其勵磁相數(shù)，可以分為三相、四相、五相、六相甚至八相。一般來說隨著相數(shù)的增加，在相同頻率的情況下，每相導(dǎo)通電流的時間增加，各相平均電流會高些，從而使電動機的轉(zhuǎn)速—轉(zhuǎn)矩特性會好些，步距角亦小。但是隨著相數(shù)的增加，電動機的尺寸就增加，結(jié)構(gòu)亦復(fù)雜，目前多用3～6相的步進電動機。 由于步進電動機的轉(zhuǎn)速隨著輸入脈沖頻率變化而變化，調(diào)速范圍很廣，靈敏度高，輸出轉(zhuǎn)角能夠控制，而且輸出精度較高，又能實現(xiàn)同步控制，所以廣泛地使用在開環(huán)系統(tǒng)中，也還可用在一般通用機床上，提高進給機構(gòu)的自動化水平。 步進電動機按其工作原理來分，主要有磁電式和反應(yīng)式兩大類，這里只介紹常用的反應(yīng)式步進電動機的工作原理，現(xiàn)用下圖的步進電動機的簡化圖來加以說明。
在電動機定子上有A、B、C三對磁極，磁極上繞有線圈，分別稱之為A相、B相和C相，而轉(zhuǎn)子則是一個帶齒的鐵心，這種步進電動機稱之為三相步進電動機。如果在線圈中通以直流電，就會產(chǎn)生磁場，當(dāng)A、B、C三個磁極的線圈依次輪流通電，則A、B、C三對磁極就依次輪流產(chǎn)生磁場吸引轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 首先有一相線圈(設(shè)為A相)通電，則轉(zhuǎn)子1、3兩齒被磁極A吸住，轉(zhuǎn)子就停留在圖5—5a的位置上。然后，A相斷電，6相通電，則磁極A的磁場消失磁極B產(chǎn)生了磁場，磁極召的磁場把離它最近的2、4兩齒吸引過去，停止在圖b的位置上，這時轉(zhuǎn)子逆時針轉(zhuǎn)了30°。再接下去B相斷電，C相通電。根據(jù)同樣道理，轉(zhuǎn)子又逆時針轉(zhuǎn)了30°，停止在圖c的位置上。若再A相通電，C相斷開，那么轉(zhuǎn)子再逆轉(zhuǎn)30°，使磁極A的磁場把2、4兩個齒吸住。定子各相輪流通電一次轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒。這樣按A→B→C→A→B→C→A→…次序輪流通電，步進電動機就一步一步地按逆時針方向旋轉(zhuǎn)。通電線圈每轉(zhuǎn)換一次，步進電動機旋轉(zhuǎn)30°，我們把步進電動機每步轉(zhuǎn)過的角度稱之為步距角。如果把步進電動機通電線圈轉(zhuǎn)換的次序倒過來換成A→C→B→A→C→B→…的順序，則步進電動機將按順時針方向旋轉(zhuǎn)，所以要改變步進電動機的旋轉(zhuǎn)方向可以在任何一相通電時進行。