【文章內容簡介】 的氣隙磁場的大小和方向 ， 用電力電子變換器代替整流子和電刷 ， 并通過與氣隙磁場方向相同的磁化電流和與氣隙磁場方向垂直的有效電流來控制其主磁通量和轉矩 。 采用永久磁鐵磁場的同步電動機不需要磁化電流控制 ， 只要檢測磁鐵轉子的位置即可 。 這種交流伺服電動機也叫做無刷直流伺服電動機 (如同步 （ SM）型伺服電動機控制框圖 （ 見下圖 )。 由于它不需要磁化電流控制 ， 故比 IM型伺服電動機容易控制 。 返回目錄 回看 結束放映 37 返回目錄 回看 結束放映 38 返回目錄 回看 結束放映 39 第四節(jié) 步進電動機及其驅動 一 、 步進電動機的特點與種類 1. 步進電動機的特點 步進電動機又稱脈沖電動機 。 它是將電脈沖信號轉換成機械角位移的執(zhí)行元件 。 其輸入一個電脈沖就轉動一步 ， 即每當電動機繞組接受一個電脈沖 ，轉子就轉過一個相應的步距角 。 轉子角位移的大小及轉速分別與輸入的電脈沖數(shù)及頻率成正比 ， 并在時間上與輸入脈沖同步 ， 只要控制輸入電脈沖的數(shù)量 、 頻率以及電動機繞組通電相序即可獲得所需的轉角 、 轉速及轉向 、 很容易用微機實現(xiàn)數(shù)字控制 。步進電動機具有以下特點： 返回目錄 回看 結束放映 40 ①步進電動機的工作狀態(tài)不易受各種干擾因素(如電源電壓的波動、電流的大小與波形的變化、溫度等 )的影響，只要在它們的大小未引起步進電動機產生“丟步”現(xiàn)象之前，就不影響其正常工作； ②步進電動機的步距角有誤差，轉子轉過一定步數(shù)以后也會出現(xiàn)累積誤差，但轉子轉過一轉以后，其累積誤差變?yōu)椤傲恪?，因此不會長期積累； ③控制性能好 ,在起動、停止、反轉時不易“丟步”。因此，步進電動機被廣泛應用于開環(huán)控制的機電一體化系統(tǒng)，使系統(tǒng)簡化，并可靠地獲得較高的位置精度。 返回目錄 回看 結束放映 41 2. 步進電動機的種類 步進電動機的種類很多 ， 有旋轉式步進電動機 ， 也有直線步進電動機；從勵磁相數(shù)來分有三相 、 四相 、 五相 、 六相等步進電動機 。 就常用的旋轉式步進電動機的轉子結構來說 ， 可將其分為以下三種： 返回目錄 回看 結束放映 42 1）可變磁阻 (VRVariable Reluctance)型 該類電動機由定子繞組產生的反應電磁力吸引用軟磁鋼制成的齒形轉子作步進驅動 ， 故又稱反應式步進電動機 。 其結構原理如圖 。 其定子 1與轉子 2由鐵心構成 ， 沒有永久磁鐵 ， 定子上嵌有線圈 ， 轉子朝定子與轉子之間磁阻最小方向轉動 ， 并由此而得名可變磁型 。 此類電動機的轉子結構簡單 、 轉子直徑小 ， 有利于高速響應 。 由于 VR型步進電動機的鐵心無極性 ，故不需改變電流極性 ， 為此 ， 多為單極性勵磁 。 返回目錄 回看 結束放映 43 可變磁阻 (VRVariable Reluctance)型 可變磁阻型步進電動機 返回目錄 回看 結束放映 44 返回目錄 回看 結束放映 45 該類電動機的定子與轉子均不含永久磁鐵 ， 故無勵磁時沒有保持力 。 另外 ， 需要將氣隙做得盡可能小 ， 例如幾個微米 。 這種電動機具有制造成本高 、 效率低 、 轉子的阻尼差 、 噪聲大等缺點 。 但是 ， 由于其制造材料費用低 、結構簡單 、 步距角小 ， 隨著加工技術的進步 ，可望成為多用途的機種 。 返回目錄 回看 結束放映 46 2) 永磁 (PMPermanent Mag)型 返回目錄 回看 結束放映 47 PM型步進電動機的轉子 2采用永久磁鐵 、 定子 1采用軟磁鋼制成 ， 繞組 3輪流通電 ， 建立的磁場與永久磁鐵的恒定磁場相互吸引與排斥產生轉矩 。 其結構如圖 。 這種電動機由于采用了永久磁鐵 ，即使定子繞組斷電也能保持一定轉矩 ， 故具有記憶能力 ， 可用做定位驅動 。 PM型電動機的特點是勵磁功率小 、 效率高 、 造價低 ， 因此需要量也大 。 由于轉子磁鐵的磁化間距受到限制 ， 難于制造 ， 故步距角較大 。 與 VR型相比轉矩大 ， 但轉子慣量也較大 。 返回目錄 回看 結束放映 48 3)混合 (HBHybrid)型 返回目錄 回看 結束放映 49 混合 (HBHybrid)型例 混合型步進電動機 返回目錄 回看 結束放映 50 該型步進電機不僅具有 VR型步進電動機步距角小 、響應頻率高的優(yōu)點 ， 而且還具有 PM型步進電動機勵磁功率小 、 效率高的優(yōu)點 。 它的定子與 VR型沒有多大差別 ， 只是在相數(shù)和繞組接線方面有其特殊的地方 ， 例如 ， VR型一般都做成集中繞組的形式 ， 每極上放有一套繞組 ， 相對的兩極為一相 ， 而 HB型步進電動機的定子繞組大多數(shù)為四相 ， 而且每極同時繞兩相繞組或采用橋式電路繞一相繞組 ， 按正反脈沖供電 。 這種類型的電動機由轉子鐵心的凸極數(shù)和定子的副凸極數(shù)決定步距角的大小 ， 可制造出步距角較小(176。 ~176。 )的電動機 。 永久磁鐵也可磁化軸向的兩極 ， 可使用軸向各向異性磁鐵制成高效電動機 。 返回目錄 回看 結束放映 51 混合型與永磁型多為雙極性勵磁 。 由于都采用了永久磁鐵 ，所以 ， 無勵磁時具有保持力 。 另外 ， 勵磁時的靜止轉矩都比 VR型步進電動機的大 。 HB和 PM型步進電動機能夠用做超低速同步電動機 ， 如用 60Hz驅動每步 176。 的電動機可作為 72r／ min的同步電動機使用 。 步進電動機與 DC和 AC伺服電動機相比其轉矩 、 效率 、 精度 、高速性比較差 ， 但步進電動機具有低速時轉矩大 、 速度控制比較簡單 、 外形尺寸小等優(yōu)點 ， 所以在辦公室自動化方面的打印機 、 繪圖機 、 復印機等機電一體化產品中得到廣泛使用 ， 在工廠自動化方面也可代替低檔的 DC伺服電動機 。 返回目錄 回看 結束放映 52 二、步進電動機的工作原理 點擊進入動畫觀看步電機工作原理 返回目錄 回看 結束放映 53 如上圖 a所示 ， 如果先將電脈沖加到 A相勵磁繞組 ， 定子A相磁極就產生磁通 ， 并對轉子產生磁拉力 ， 使轉子的 3兩個齒與定子的 A相磁極對齊 。 而后再將電脈沖通入 B相勵磁繞組 ， B相磁極便產生磁通 。 由圖 b可以看出 ， 這時轉子 4兩個齒與 B相磁極靠得最近 ， 于是轉子便沿著逆時針方向轉過 30176。 角 ， 使轉子 4兩個齒與定子 B相磁極對齊 。 如果按照 A→B→C→A 的順序通電 ， 轉子則沿反時針方向一步步地轉動 ， 每步轉過 30176。 ， 這個角度就叫步距角 。 顯然 ， 單位時間內通入的電脈沖數(shù)越多 ， 即電脈沖頻率越高 ， 電動機轉速就越高 。 如果按 A→B→C→A→ ? 的順序通電 ， 步進電動機將沿順時針方向一步步地轉動 。