发布时间 : 星期一 文章精品基于串口通信的步进电机调速系统设计-定 - 图文更新完毕开始阅读
内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）
图2.5反应式步进电机结构图
从图中可以看出，它分成转子和定子两个部分。定子由硅钢片叠成。定子上有六个磁极（大极），每两个相对的磁极（N、S极）组成一对，共3对。每对磁极都缠有同一绕组，也即形成一相，这样3对磁极有3对绕组，形成3相。可以得出，四相步进电机有4对磁极、4对绕组，5相步进电机有5对磁极、5对绕组??以此类
推。每个磁极内表面都分布着很多小齿，它们大小相同间距相同。转子式由软磁材料制作成的，其外表也均匀分布着小齿，这些小齿与定子上的小齿齿距相同，形状相似。
由于小齿的齿距相同，所以不管是定子还是转子，其齿距角都可以计算如下： ?z?2?/z （2.1） 式中：Z——转子的齿数。例如，如果转子的齿数为40. 则齿距角为：
?z?2?/40?9? （2.2） 2.3.2 反应式步进电机的工作原理
反应式步进电机的步进原理如图2.6所示是三相反应式步进电动机的工作原理图。
图2.6反应式步进电动机工作原理
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步进电动机由转子和定子组成。定子上有A、B、C三对绕组磁极，分别称为A相、B相、C相。转子是硅钢片等软磁材料迭合成的带齿廓形状的铁心。如果在定子的三对绕组中通直流电流，就会产生磁场。当A、B、C三对磁极的绕组依次轮流通电，则A、B、C三对磁极依次产生磁场吸引转子转动。
(1)当A相通电，B相和C相不通电时，电动机铁心的AA/ 方向产生磁通，在磁拉力的作用下，转子1、3齿与A相磁极对齐。2、4两齿与B、C两磁极相对错开30?。
(2)当B相通电、C相和A相断电时，电动机铁心的BB/方向产生磁通，在磁拉力的作用下，转子沿逆时针方向旋转30?，2、4齿与B相磁极对齐。1、3两齿与C、A两磁极相对错开30?。
(3)当C相通电，A相和B相断电时，电动机铁心的CC/方向产生磁通，在磁拉力的作用下，转子沿逆时针方向又旋转30?，1、3齿与C相磁极对齐。2、4两齿与A、B两磁极相对错开30?。
综上所述，可以得到如下结论：
(1)步进电动机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步距角?；
(2)改变步进电动机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变；
(3)步进电动机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高。 2.3.3 反应式步进电机的步进方式
反应式步进电机的步进方式可以有三种：单三拍、双三拍、六拍。
(1)单三拍工作方式
三相步进电机若按A→B→C?通电相序连续通电，则步进电动机就连续地沿逆时针方向旋动，每换接一次通电相序，步进电动机沿逆时针方向转过30?，即步距角为30?。如果步进电动机定子磁极通电相序按A→C→B?进行，则转子沿顺时针方向旋转。上述通电方式称为三相单三拍通电方式。所谓“单”是指每次只有一相绕组通电的意思。从一相通电换接到另一相通电称为一拍，每一拍转子转动一个步距角，故所谓“三拍”是指通电换接三次后完成一个通电周期。
(2)双三拍工作方式
三相步进电机的各相除了采用单三拍方式通电工作外，还可以有其他通电方式。双
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三拍就是其中之一。
双三拍的工作方式是：每次对两相同时通电，即所谓的“双”；磁场旋转一周需要换相三次，即所谓“三拍”，转子转动一个齿距角，这与但三拍是一样的。在双三拍工作方式中，步进电机正向通电的顺序为：AB→BC→CA；反转的通电顺序为：BA→AC→CB。
(3)六拍工作方式
六拍工作方式也是步进电机的另一种通电方式。这是单三拍与双三拍交替使用的一种方法，也称为单双六拍或1→2相励磁法。
步进电机的正转通电顺序为：A→AB→B→BC→C→CA；反转通电顺序为：A→AC→C→CB→B→BA。可见，磁场旋转一周，通电需要换相6次（即六拍），转子才转动一个齿距角。这是与单三拍和双三拍最大的区别。
由于转子转动一个齿距角需要六拍，所以，六拍工作时，步距角要比单三拍和双三拍的步距角小一半，即步进电机的精度提高了一倍。 2.3.4 步进电动机的主要性能指标
1. 步矩角
步矩角是指每给一个电脉冲信号，电动机转子所应转过角度的理论值，它是步进电机的主要性能指标之一。不同的应用场合，对步矩角大小的要求不同。它的大小直接影响步进电机的起动和运行频率。因此，在选择步进电机的步矩角 θb时，若通电方式和系统的传动比已初步确定，则步矩角应满足
θb 1）保持转矩（或定位转矩）是指绕组不通电时电磁转矩的最大值或转角不超过一定值时的转矩值。通常反应式步进电机的保持转矩为零，而若干类型的永磁式步进电机具有一定的保持转矩。 2）静转矩 是指不改变控制绕组通电状态，即转子不转情况下的电磁转矩。它是绕组内的电流及失调角的函数。当绕组内的电流值不变时，静转矩与失调角的关系称为矩角特性。 负载转矩TL与最大静转矩的关系为 10 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文） TL=（0.3~0.5）Tsmax （2.4） 为保证步进电机在系统中正常工作，还必须满足: Tst>TLmax （2.5） 式中：Tst为步进电机起动转矩；TLmax为步进电机最大静负载转矩。 通常取 Tst=TLmax/（0.3~0.5） （2.6） 以便有相当的力矩储蓄。 3）动转矩 是指转子转动情况下的最大输出转矩值，它与运行的频率有关。 3. 响应频率 在某一频率范围，步进电机可以任意运行而不丢失一步，则这一最大频率称为响应频率。通常用起动频率fst来作为衡量的指标，它是能不丢步地起动的极限频率，有时也叫做突跳频率或牵入频率。对于一定的步进电机及驱动器，起动频率的值与负载的大小有关，负载的大小包含负载转矩和负载转动惯量两个方面的意义。 4. 运行频率 运行频率是指频率连续上升时，电动机能不失步运行的极限频率。它的值也与负载的大小有关。在相同负载情况下，连续频率fc的值远大于响应频率或起动频率f0st。 2.3.5步进电动机的运行特性 1. 矩角特性 矩角特性是反映步进电机电磁转矩T随偏转角的关系。定子一相绕组通以直流电后，如果转子上没有负载转矩的作用，转子齿和通电相磁极上的小齿对齐，这个位置称为步进电机的初始平衡位置。当转子有负载作用时，转子齿就要偏离初始位置，由于磁力线有力图缩短的倾向，从而产生电磁转矩，直到这个转矩与负载转矩相平衡。转子齿偏离初始平衡位置的角度就叫做偏离角θ。若用电度角θe表示偏转角，则由于定子每相绕组通电循环一周，对应转子在空间转过一个齿矩角，故电度角是空间角度的z倍，即θe=zθ。而T=f（θe）就是矩角特性曲线。此曲线可近似的用一条正弦曲线表示，如图所示。从图看出，θe达到π/2或-π/2时，即在定子齿与转子齿错过1/4个齿距时，转矩T达到最大值，称为最大静转矩Tsmax。步进电机的负载转矩必须小于最大静转矩，否则，根本带不动负载。为了能稳定运行，负载转矩一般只能是最大静转矩的30%~50%左右。因此，这一特性反映了步进电机带负载的能力，通常在技术数据中都有说明，它是步进 11