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感应子式步进电机工作原理
作者: 来源:中国机电工程网    发布于:2019-06-09 19:28:39    文字:【】【】【

(一)反应式原理

由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面先叙述三相反应式步进电机原理。

1、结构:

电机转子均匀分布着很多小齿,定子齿有三个励磁绕阻,其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。0、1/3て、2/3て,(相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以て表示),即a与齿1相对齐,b与齿2向右错开1/3て,c与齿3向右错开2/3て,a’与齿5相对齐,(a’就是a,齿5就是齿1)

2、旋转:

如a相通电,b,c相不通电时,由于磁场作用,齿1与a对齐,(转子不受任何力以下均同)。如b相通电,a,c相不通电时,齿2应与b对齐,此时转子向右移过1/3て,此时齿3与c偏移为1/3て,齿4与a偏移(て-1/3て)=2/3て。如c相通电,a,b相不通电,齿3应与c对齐,此时转子又向右移过1/3て,此时齿4与a偏移为1/3て对齐。如a相通电,b,c相不通电,齿4与a对齐,转子又向右移过1/3て这样经过a、b、c、a分别通电状态,齿4(即齿1前一齿)移到a相,电机转子向右转过一个齿距,如果不断地按a,b,c,a……通电,电机就每步(每脉冲)1/3て,向右旋转。如按a,c,b,a……通电,电机就反转。

由此可见:电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。

不过,出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用a-ab-b-bc-c-ca-a这种导电状态,这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合,使其1/3て变为1/12て,1/24て,这就是电机细分驱动的基本理论依据。

不难推出:电机定子上有m相励磁绕阻,其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机,出于成本等多方面考虑,市场上一般以二、三、四、五相为多。

3、力矩:

电机一旦通电,在定转子间将产生磁场(磁通量ф)当转子与定子错开一定角度产生力f与(dф/dθ)成正比 s 其磁通量ф=br*s br为磁密,s为导磁面积 f与l*d*br成正比l为铁芯有效长度,d为转子直径 br=n·i/r n·i为励磁绕阻安匝数(电流乘匝数)r为磁阻。

力矩=力*半径

力矩与电机有效体积*安匝数*磁密成正比(只考虑线性状态)因此,电机有效体积越大,励磁安匝数越大,定转子间气隙越小,电机力矩越大,反之亦然。

(二)感应子式步进电机

1、特点:

感应子式步进电机与传统的反应式步进电机相比,结构上转子加有永磁体,以提供软磁材料的工作点,而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能,因此该电机效率高,电流小,发热低。因永磁体的存在,该电机具有较强的反电势,其自身阻尼作用比较好,使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。

感应子式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行,也可以作二相运行。(必须采用双极电压驱动),而反应式电机则不能如此。例如:四相,八相运行(a-ab-b-bc-c-cd-d-da-a)完全可以采用二相八拍运行方式.不难发现其条件为c=,d=.

一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致,小功率电机一般直接接为二相,而功率大一点的电机,为了方便使用,灵活改变电机的动态特点,往往将其外部接线为八根引线(四相),这样使用时,既可以作四相电机使用,可以作二相电机绕组串联或并联使用。

2、分类

感应子式步进电机以相数可分为:二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号(电机外径)可分为:42byg(byg为感应子式步进电机代号)、57byg、86byg、110byg、(国际标准),而像70byg、90byg、130byg等均为国内。


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