三相步進(jìn)與兩相步進(jìn)步距角詳解

　　1、決議步距角的要素

　　步進(jìn)電機(jī)分辨率(一圈的步數(shù)，360°除以步距角)越高，方位精度越高。為了得到高分辨率，規(guī)劃的極數(shù)要多。PM型轉(zhuǎn)子為N與S極在轉(zhuǎn)子的鐵心外表面上交互等節(jié)距放置，轉(zhuǎn)子極數(shù)為N極與S極數(shù)之和，為簡化講解，假定極對數(shù)為1.此處斷定轉(zhuǎn)子為****磁鐵的步進(jìn)電機(jī)的步距角θs由下式表明，其間Nr為轉(zhuǎn)子極對數(shù)，P為定子相數(shù)，(本課后邊敘說的HB型步進(jìn)電機(jī)Nr為轉(zhuǎn)子齒數(shù))：

　　上式的物理意義如下：

　　轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一周的機(jī)械視點(diǎn)為360.，如用極數(shù)2Nr去除，相當(dāng)于一個極所占的機(jī)械視點(diǎn)即180°/Nr。這就是說，一個極的機(jī)械視點(diǎn)用定子相數(shù)去切割就得到步距角，此概念如下圖所示。

　　由式θs=180°/PNr可知，步距角越小，分辨率越高，因而要進(jìn)步步進(jìn)電機(jī)的分辨率，就要添加轉(zhuǎn)子極對數(shù)或選用定子相數(shù)P較多的多相式辦法。而Nr的添加遭到機(jī)械加工的限制，所以要制作高分辨率的步進(jìn)電機(jī)需求兩種辦法并用才行。

　　2、兩相步進(jìn)電機(jī)

　　兩相步進(jìn)電機(jī)最簡略的構(gòu)成為Nr=1的狀況，電機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖所示。一般兩相電機(jī)定子磁極數(shù)為4的倍數(shù)，至少是4.轉(zhuǎn)子為N極與S 極各一個的兩極轉(zhuǎn)子。

　　定子一般用硅鋼片疊壓制作，定子磁極數(shù)為4極，相當(dāng)于一相繞組占兩個極，A相兩個極在空間相差180°，B相兩個極在空間也相差180°。電流在一相繞組內(nèi)正負(fù)活動(此種驅(qū)動方法稱為雙極性驅(qū)動)，A相與B相電流的相位相差90°，兩相繞組中矩形波電流替換流過。

　　即兩相電機(jī)的定子，在Nr=1時，空間相差90°，時刻上電流相差90°相位差，電流與一般的同步電機(jī)類似，在定子上發(fā)生旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子被旋轉(zhuǎn)磁場吸引，隨旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)。

　　上圖表明兩相步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)(PM型)及其工作原理，從圖(a)到圖(b)順時針旋轉(zhuǎn)90°，順次圖(c)、(d)均旋轉(zhuǎn)90°，順次不斷工作成為接連旋轉(zhuǎn)。

　　以上圖為例，假定A相有兩個線圈，單向電流替換流過兩個線圈，也可發(fā)生相反的磁通方向，此方法稱為單極(uni-plar)型線圈。

　　如下圖所示線圈內(nèi)部只流過單方向電流，此線圈稱為單極型線圈;另一種，線圈內(nèi)流過正、反方向電流的線圈稱為雙極型線圈，兩種線圈的優(yōu)缺點(diǎn)將在后邊的課程中具體介紹。單極型線圈能夠替代上圖所示雙極型線圈，工作時具有相同的步距角。

　　上圖中的兩相單極型線圈在有些文獻(xiàn)中也被稱為四相步進(jìn)電機(jī)，此刻其轉(zhuǎn)子極對數(shù)、齒數(shù)Nr，以及步距角θs均與雙極型線圈相同。本課程兩相電機(jī)的界說符合式θs=180°/PNr，即將轉(zhuǎn)子齒數(shù)和步距角θs代入式θs=180°/PNr，如P=2.則為兩相電機(jī)，如Nr相同，P=4.步距角θs只要1/2.則電機(jī)為四相電機(jī)，在此特別提請注意。

　　兩相步進(jìn)電機(jī)現(xiàn)在運(yùn)用廣泛，實(shí)踐電機(jī)的構(gòu)造比圖(PM雙極型兩相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理)雜亂，定子除選用疊片外，還有爪極結(jié)構(gòu)，但基本原理可參閱圖(PM雙極型兩相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理)，圖中所示的轉(zhuǎn)子被稱為PM型(****磁鐵或永磁式)轉(zhuǎn)子，磁性圓柱的外表面形成轉(zhuǎn)子磁極。

　　3、三相步進(jìn)電機(jī)

　　轉(zhuǎn)子不選用****磁鐵的步進(jìn)電機(jī)(VR型或反應(yīng)式或變磁阻式)很早就在三相步進(jìn)電機(jī)上得到運(yùn)用。1986年日本伺服公司開發(fā)了轉(zhuǎn)子為****磁鐵、定子磁極帶有齒的步進(jìn)電機(jī)(在后邊會具體介紹磁極齒的規(guī)劃原理)，定、轉(zhuǎn)子齒距的配合，能夠得到更高的角分辨率和轉(zhuǎn)矩。三相步進(jìn)電機(jī)定子線圈的主極數(shù)為三的倍數(shù)，故三相步進(jìn)電機(jī)的定子主極數(shù)為3、6、9、12 等。

　　轉(zhuǎn)子不選用****磁鐵的步進(jìn)電機(jī)(VR型或反應(yīng)式或變磁阻式)很早就在三相步進(jìn)電機(jī)上得到運(yùn)用。1986年日本伺服公司開發(fā)了轉(zhuǎn)子為****磁鐵、定子磁極帶有齒的步進(jìn)電機(jī)(在后邊會具體介紹磁極齒的規(guī)劃原理)，定、轉(zhuǎn)子齒距的配合，能夠得到更高的角分辨率和轉(zhuǎn)矩。三相步進(jìn)電機(jī)定子線圈的主極數(shù)為三的倍數(shù)，故三相步進(jìn)電機(jī)的定子主極數(shù)為3、6、9、12 等。

　　下圖為不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)典型定子結(jié)構(gòu)和驅(qū)動電路的比較，其間疏忽了轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)圖。假定轉(zhuǎn)子均為PM型或HB型，并且根據(jù)定子為兩相、三相、五持平裝備相應(yīng)的轉(zhuǎn)子。定子選用不發(fā)生不平衡電磁力(在后邊會具體介紹，轉(zhuǎn)子徑向吸引力的和不能****相互抵消，發(fā)生剩下徑向力)的最小主極數(shù)結(jié)構(gòu)，即兩相為4個主極、三相為3個主極、五相為5個主極時，結(jié)構(gòu)上會發(fā)生不平衡電磁力，除特別用處外不會運(yùn)用上述結(jié)構(gòu)。圖中，定子的結(jié)構(gòu)為兩相為8個主極、三相為6個主極、五相為10個主極，為最簡略的結(jié)構(gòu)。

　　另一方面，如雙極型(Bi-polar)線圈所運(yùn)用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路，其功率管數(shù)，兩相為8個、五相為10個，三相則因?yàn)槔@組選用Y或△接法的關(guān)系，3個出線口的驅(qū)動只用6個功率管就夠了，所以從電機(jī)和驅(qū)動器一體考慮，三相步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)最簡略，其兩者的制作本錢****。

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