材料/工具

步進電機

步進電機

一般電動機都是連續旋轉，而步進電動卻是一步一步轉動的，故叫步進電動機。每輸入一個脈沖沖信號，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為角度位移（或直線位移）的執行元件。

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的，所以又稱為脈沖電動機。

隨著數字控制系統的發展，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；按相數分則可分為單相、兩相和多相三種。

工作原理

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。

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、AB、B、BC、C、CA、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、AC、C、CB、B、BA、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。細分：在A相通電后，B相不完全通電，可通過控制B相線圈的電流大小而達到旋轉角度的目的。

雙三拍通電方式的基本原理如果每次都是兩相通電，即按A、B→B、C→C、A→A、B→?的順序通電，則稱為雙三拍方式，從圖3b，和圖3d可見，步距角也是30°。因此，采用單三拍和雙三拍方式時轉子走三步前進了一個齒距角，每走一步前進了三分之一齒距角；采用六拍方式時，轉子走六步前進了一個齒距角，每走一步前進了六分之一齒距角。因此步距角θ可用下式計算： θ＝360°/Zr×m式中Zr是轉子齒數；m是運行拍數。一般步進電動機最常見的步距角是3°或1．5°。由上式可知，轉子上不只4個齒（齒距角90°），而有40個齒（齒距角為9°）。為了使轉子齒與定子齒對齊，兩者的齒寬和齒距必須相等。因此，定子上除了6個極以外，在每個極面上還有5個和轉子齒一樣的小齒。