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主頁～金洋注冊～主頁步進電動機是一種將電脈沖信號轉(zhuǎn)換成相應角位移的電動機，每當一個電脈沖加到步進電動機的控制繞組上時，它的軸就轉(zhuǎn)動一定的角度，角位移量與電脈沖數(shù)成正比，轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，又稱為脈沖電動機。在數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電動機常用作執(zhí)行元件。
步進電動機按照勵磁方式分為磁阻式（又稱為反應式）、永磁式和混磁式三種；按相數(shù)分為單相、兩相、三相和多相等形式。下面以三相磁阻式步進電動機為例，介紹步進電動機的結(jié)構(gòu)和工作原理。
三相磁阻式步進電動機模型的結(jié)構(gòu)示意圖如圖4－12所示。它的定、轉(zhuǎn)子鐵心都由硅鋼片疊壓而成。定子上有六個磁極，每兩個相對的磁極上有同一相控制繞組，同一相控制繞組可以并聯(lián)或串聯(lián)；轉(zhuǎn)子鐵心上沒有繞組，只有四個齒，齒寬等于極靴寬。
三相磁阻式步進電動機的工作原理圖如圖4－13所示。當U相控制繞組通電，V、W兩相控制繞組不通電時，由于磁力線總是通過磁阻最小的路徑閉合，轉(zhuǎn)子將受到磁阻轉(zhuǎn)矩的作用，使轉(zhuǎn)子齒1和3與定子U相磁級軸線a所示。此時磁力線所通過的磁路磁阻最小，磁導最大，轉(zhuǎn)子只受徑向力而無切向力作用，轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動。當V相控制繞組通電，U、W兩相控制繞組不通電時，與V相磁極最近的轉(zhuǎn)子齒2和4會旋轉(zhuǎn)到與V相磁極相對，轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過30，如圖4－13b所示。當W相控制繞組通電，U、V兩相控制繞組不通電，與W相磁極最近的轉(zhuǎn)子齒1和3會旋轉(zhuǎn)到與W相磁極相對，轉(zhuǎn)子再次順時針轉(zhuǎn)過30，如圖4－13c所示。這樣按U－V－W－U的順序輪流給各相控制繞組通電，轉(zhuǎn)子就會在磁阻轉(zhuǎn)矩的作用下按順時針方向一步一步的轉(zhuǎn)動。步進電動機的轉(zhuǎn)速取決于繞組變換通電狀態(tài)的頻率，即輸入脈沖的頻率，旋轉(zhuǎn)方向取決于控制繞組輪流通電的順序，若通電順序為U－W－V－U，則步進電動機反向旋轉(zhuǎn)。
控制繞組從一種通電狀態(tài)變換到另一種通電狀態(tài)叫做“一拍”，每一拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度稱為步距角b。
上面的通電方式的特點是，每次只有一相控制繞組通電，切換三次為一個循環(huán)，稱為三相單三拍控制方式。三相單三拍控制方式由于每次只有一相通電，轉(zhuǎn)子在平衡位置附近來回擺動，運行不穩(wěn)定，很少采用。三相步進電動機除了單三相控制方式外，還有三相雙三拍控制方式和三相單、雙六拍控制方式。
三相雙三拍控制的通電順序為UV－VW－WU－UV，每次有兩相繞組同時通電，每一循環(huán)也需要切換三次，步距角與三相單三拍控制方式相同，也為30。
三相單、雙六拍控制方式的通電順序為U－UV－V－VW－W－WU－U，首先U相通電，然后U、V兩相同時通電，再斷開U相使V相單獨通電，再使V、W兩相同時通電，等等，依此順序不斷輪流通電，完成一次循環(huán)需要六拍。三相六拍控制方式的步距角只有三相單三拍和雙三拍的一半，為15。
三相雙三拍控制方式和三相六拍控制方式在切換過程中始終保證有一相持續(xù)通電，力圖使轉(zhuǎn)子保持原有位置，工作比較平穩(wěn)。單三拍通電方式?jīng)]有這種作用，在切換瞬間，轉(zhuǎn)子失去自鎖能力，容易失步（即轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動步數(shù)與拍數(shù)不相等），在平衡位置也容易產(chǎn)生振蕩。
可見，磁阻式步進電動機的轉(zhuǎn)速取決于脈沖頻率、轉(zhuǎn)子齒數(shù)和拍數(shù)，與電壓和負載等因素無關(guān)。在轉(zhuǎn)子齒數(shù)一定時，轉(zhuǎn)速與輸入脈沖頻率成正比，與拍數(shù)成反比。
三相磁阻式步進電動機模型的步距角太大，難于滿足生產(chǎn)中小位移量的要求，為了減小步距角，實際中將轉(zhuǎn)子和定子磁極都加工成多齒結(jié)構(gòu)。
圖4－14是三相磁阻式步進電動機的結(jié)構(gòu)圖，轉(zhuǎn)子齒數(shù)為Zr＝40個，齒沿轉(zhuǎn)子圓周均勻分布，齒和槽的寬度相等，齒間夾角為9；定子上有六個磁極，每極的極靴上均勻分布有五個齒，齒寬和槽寬相等，齒間夾角也是9。磁極上裝有控制繞組,相對的兩個極的繞組串聯(lián)起來并且連接成三相星形。每個定子磁極的極距為60，每個極距所占的齒距數(shù)不是整數(shù)，當U－U相繞組通電，U－U相磁極下的定、轉(zhuǎn)子齒對齊時，V－V磁極和W－W磁極下的齒就無法對齊，依次錯開1/3齒距角（即錯開3）。一般的，m相異步電動機，依次錯開的距離為1/m齒距。
如果采用三相單三拍通電方式進行控制，當U相通電時，U磁極的定子齒和轉(zhuǎn)子齒完全對齊，而V磁極和W磁極下的定子齒和轉(zhuǎn)子齒無法對齊，依次錯開1/3和2/3齒距（即3和6）；當U相斷電，V相
通電時，V磁極下的定子齒和轉(zhuǎn)子齒就會完全對齊，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過1/3齒距；同樣的，當V相斷電，W相通電時，轉(zhuǎn)子會再次轉(zhuǎn)過1/3齒距。不難看出，通電方式循環(huán)改變一輪后，轉(zhuǎn)子就轉(zhuǎn)過一個齒距。
圖4－14所示的步進電動機的齒距角為9，采用三相單三拍通電時，通電方式循環(huán)一輪需要三拍，則步距角b為3，我們也可由步距角計算公式計算得出步距角為
轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距所需的運行拍數(shù)取決于電機的相數(shù)和通電方式，增加相數(shù)也可以減小步距角。但相數(shù)增多，所需驅(qū)動電路就越復雜。常用的步進電動機除了三相以外，還有四相、五相和六相的步進電動機。
步進電動機的靜特性，是指步進電動機在穩(wěn)定狀態(tài)（即步進電動機處于通電狀態(tài)不變，轉(zhuǎn)子保持不動的定位狀態(tài)）時的特性，包括靜轉(zhuǎn)矩、矩角特性及靜態(tài)穩(wěn)定區(qū)。靜轉(zhuǎn)矩是指步進電動機處于穩(wěn)定狀態(tài)下的電磁轉(zhuǎn)矩。在穩(wěn)定狀態(tài)下，如果在轉(zhuǎn)子軸上加上負載轉(zhuǎn)矩使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一定角度，并能穩(wěn)定下來，這時轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩與負載轉(zhuǎn)矩相等，該電磁轉(zhuǎn)矩即為靜轉(zhuǎn)矩，而角度即為失調(diào)角。對應于某個失調(diào)角時，靜轉(zhuǎn)矩最大，稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。
當步進電動機的控制繞組的電脈沖時間間隔大于電機機電過渡過程所需的時間，步進電動機進入連續(xù)運行狀態(tài)，這時電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為動態(tài)轉(zhuǎn)矩。步進電動機的動態(tài)轉(zhuǎn)矩和脈沖頻率的關(guān)系稱為矩頻特性。步進電動機的動態(tài)轉(zhuǎn)矩隨著脈沖頻率的升高而降低。
步進電動機的工作頻率，一般包括起動頻率、制動頻率和連續(xù)運行頻率。對同樣的負載轉(zhuǎn)矩來說，正、反向的起動頻率和制動頻率是一樣的，所以一般技術(shù)數(shù)據(jù)中只給出起動頻率和連續(xù)運行頻率。
步進電動機起動頻率fst是指在一定負載轉(zhuǎn)矩下能夠不失步起動的最高脈沖頻率。fst的大小與驅(qū)動電路和負載大小有關(guān)。步距角b越小，負載越小，則起動頻率越高。
步進電動機連續(xù)運行頻率f是指步進電動機起動后，當控制脈沖連續(xù)上升時，能不失步運行的最高頻率，負載越小，連續(xù)運行頻率越高。在帶動相同負載時，步進電動機的連續(xù)運行頻率比起動頻率高得多。
