步进电机的结构与工作原理

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步进电机是一种同步电机，其结构同其它电机一样，由定子和转子组成，定子为激磁场，其激磁磁场为脉冲式，即磁场以一定频率步进式旋转，转子则随磁场一步一步前进。步进电机主要有反应式、电磁式、永磁式几种。下面以反应式步进电机为例，来讨论其工作原理：
　　步进电机由转子和定子两部分组成。转子和定子均由带齿的硅钢片叠成。定子上有绕组分为若干相，每相磁极上有极齿。当某相定子绕组通以直流电压激磁后，便吸引转子，使转子上的齿与该相定子的齿对齐，令转子转动一定的角度，依次向定子绕组轮流激磁，会使转子连续旋转。
　　步进电机的定子可以做成三、四、五、六相甚至于做成八相，各相绕组可在定子上径向排列，也可在定子的轴向上分段排列。
　　下面的FLASH为步进电机的工作原理动画演示，所选示例为单定子径向分相式反应步进电机的断面图。转子上有均匀分布的40个齿，没有绕组。A、B、C 三相定子每相两极，每极上有5个齿，与转子一样齿间夹角均为9°。如果A 相通电则转子齿与A 相极齿对齐，这时在B 相两极下定子齿与转子齿中心线并不对齐，而是转子齿中心线较定子齿中心线反时针方向落后1/3齿距，即3°。C 相下，转子齿超前6°。因此，当通电状态由A 相变为B 相时，转子顺时针方向转过3°，C 相通电再转3°。步距角为

双拍通电激磁，即按A-AB-B-BC-C-CA-A……的顺序通电激磁，则步距角为

一般而言
　　（1）
式中：m——绕组相数；
z——转子齿数，单拍通电kp＝1，双拍通电kp＝2。如果按上述相反的方向通电，则步进电机将反时针方向旋转。

　　图1所示为五相五定子轴向分相反应式步进电机。定子和转子都分为5段，呈轴向布置。其上均有16个齿，故齿距为22.5°，各相定子彼此径向错开1/5个齿的齿距（也可以由五段转子彼此径向错开1/5齿距）。如果按A-B-C-D-E-A……的五相五拍通电，步距角为
　　
如果按AB-ABC-BC-BCD-CD-CDE-DE-DEA-EA-EAB-AB……的十拍通电，则步距角为2.25°。
　　　
　　　图1　　五相五定子轴向分相反应式步进电机
　
　　图2（a）为160BF02型六相功率步进电机，电机的转子有40个齿，不分段由硅钢片叠成。步距角可以是1.5°或0.75°。电机的定子如图（b）所示由硅钢片叠成分为三段，每段有8个磁极，单数极属于同一相，双数极属于另一相，极齿的齿夹角也是360°/40＝9°，每段上的两相磁极的极齿彼此便错开4.5°。三段定子装入机壳内时，三段上的记号槽相互径向错开120°，因而三段上三个均布键槽对齐，在键槽中用键固定。这样装配后，段与段之间的极齿便错开1.5°，如果第一段的两相为A、D相，则第二段为B、E相，第三段为C、F相。功率步进电机的输出转矩大，绕组上的电流大。结构上采用径向与轴向分相相结合的形式，径向尺寸小，惯性小，散热好，而且没有磁漏。

图2　160BF02型六相功率步进电机

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