伺服电动机和步进电动机

图2 交流伺服电动机的接线图

图5位置随动系统的示意图

二、步进电机

图6反应式步进电机的结构示意图

步进电动机是一种利用电磁铁的作用原理将电脉冲信号转换为线位移或角位移的电机，近年来在数字控制装置中的应用日益广泛。例如在数控机床中，将加工零件的图形、尺寸及工艺要求编制成一定符号的加工指令，打在穿孔纸带上，输人数字计算机。计算机根据给定的数据和要求进行运算，而后发出电脉冲信号。计算机每发一个脉冲，步进电动机便转过一定角度，由步进电动机通过传动装置所带动的工作台或刀架就移动一个很小距离(或转动一个很小角度)。脉冲一个接着一个发来，步进电动机便一步一步地转动，达到自动加工零件的目的。

图6是反应式步进电动机的结构示意图。它的定子具有均匀分布的六个磁极，磁极上绕有绕组。两个相对的磁极组成一相，绕组的连法如图所示。假定转子具有均匀分布的四个齿。

下面介绍单三拍、六拍及双三拍三种工作方式的基本原理。

1、单三拍

设相首先通电(两相不通电)，产生轴线方向的磁通，并通过转子形成闭合回路。这时，极就成为电磁铁的N，S极。在磁场的作用下，转子总是力图转到磁阻最小的位置，也就是要转到转子的齿对齐极的位置[图7(a)]。接着相通电(两相不通电)，转子便顺时针方向转过30o，它的齿和极对齐[图7(b)]。随后相通电(两相不通电)，转子又顺时针方向转过30o。，它的齿和极对齐[图7(c)]。不难理解，当脉冲信号一个一个发来，如果按的顺序轮流通电，则电机转子便顺时针方向一步一步地转动。每一步的转角为30o(称为步距角)。电流换接三次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角(转子四个齿时为90o)。如果按的顺序通电，则电机转子便逆时针方向转动。这种通电方式称为单三拍方式。

图7单三拍通电方式时转子的位置

2、六拍

图8六拍通电方式时转子的位置

设相首先通电，转子齿和定子极对齐[图8(a)]。然后在相继续通电的情况下接通相。这时定子极对转子齿2，4有磁拉力，使转子顺时针方向转动，但是极继续拉住齿1，3。因此，转子转到两个磁拉力平衡时为止。这时转子的位置如图8(b)所示，即转子从图(a)的位置顺时针方向转过15o。接着相断电，相继续通电。这时转子齿2，4和定子极对齐[图8(c)]，转子从图(b)的位置又转过了15o。而后接通相，相仍然继续通电，这时转子又转过了15o，其位置如图8(d)所示。这样，如果按的顺序轮流通电，则转子便顺时针方向一步一步地转动，步距角为15o。电流换接六次，磁场旋转一周，转子前进了一个齿距角。如果桉的顺序通电，则电机转子逆时针方向转动。这种通电方式称为六拍方式。

(a) 相通电；(b)相通电；(c)相通电；(d)相通电

3、双三拍

图9三相反应式步进电机的结构图

如果每次都是两相通电，即按的顺序通电，则称为双三拍方式。从图8(b)和图8(d)可见，步距角也是30o。

由上述可知，采用单三拍和双三拍方式时，转子走三步前逬了一个齿距角，每走一步前进了三分之一齿距角；采用六拍方式时，转子走六步前进了一个齿距角，每走一步前进了六分之一齿距角。因此步距角θ可用下式计算：

式中：

——转子齿数；

m——运行拍数。

实际上，一般步进电动机的步距角不是30^o或15^o，而最常见的是3^o或1.5^o。由上式可知，转子上不只四个齿(齿距角)，而有40个齿(齿距角为9o)。为了转子齿要和定于齿对齐，两者的齿宽和齿距必须相等。因此，定子上除了6个极以外，在每个极面上还有5个和转子齿一样的小齿。步进电动机的结构图如图9所示。

由上面介绍可以看出，步进电动机具有结构简单、维护方便、精确度高、起动灵敏、停车准确等性能。此外，步进电动机转速决定于电脉冲频率，并与频率同步。

根据指令输人的电脉冲不能直接用来控制步进电动机，必须采用脉冲分配器先将电脉冲按通电工作方式进行分配，而后经脉冲放大器放大到具有足够的功率，才能驱动电动机工作，即

其中脉冲分配器和脉冲放大器称为步进电动机的驱动电源；电动机带动的负载，例如机床工作台(由丝杆传动)。