步进电机及调速

步进电机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移的电磁机械装置。由于所用电源是脉冲电源，所以也称为脉冲马达。每当输入一个电脉冲，电动机就转动一定角度前进一步。脉冲一个一个地输入，电动机便一步一步地转动。又因为它输入的既不是正弦交流电，又不是恒定的直流电，而是电脉冲，又称为脉冲电动机。

步进电机由转子和定子两部分组成。转子和定子均由带齿的硅钢片叠成。定子上有绕组分为若干相，每相磁极上有极齿。当某相定子绕组通以直流电压激磁后，便吸引转子，使转子上的齿与该相定子的对齐，令转子转动一定的角度，依次向定子绕组轮流激磁，会使转子连续旋转。

步进电动机种类繁多，有旋转运动的，直线运动的和平面运动的。从结构看，它分为反应式与激磁式，激磁式又可分为供电激磁式和永磁式两种；按定子数目，可分为单段定子式与多段定子式；按相数，可分为单相，两相，三相和多相。各相绕组可在定子上径向排列，也可在定子的轴向上分段排列。激磁式步进电动机与反应式步进电动机相比，只是转子多了激磁绕组，工作原理与反应式相似。

图4-1所示为单定子径向分相式反应步进电机的断面图。转子上有均匀分布的40个齿，没有绕组。A、B、C三相定子每相两极，每极上有5个齿，与转子一样齿间夹角均为9°。如果A相通电则转子齿与A相极齿对齐，这时在B相两极下定子齿与转子齿中心线并不对齐，而是转子齿中心线较定子齿中心线沿反时针方向滞后1/3齿距，即3°。C相下，转子齿超前6°。因此，当通电状态由A相变为B相时，转子顺时针方向转过3°，C相通电再转3º。步距角为α=360º/（3×40×1）=3°。双拍通电激磁，即按A-AB-B-BC-C-CA-A……的顺序通电激磁，则步距角α=360º/（3×40×2）=1.5°。一般而言

α=360/mzk                                （4-1）

式中：m——绕组相数；

z——转子齿数，单拍通电k=1，双拍通电k=2。

图4-1   径向分相式反应步进电机

如果按上述相反的方向通电，则步进电机将反时针方向旋转。可见，当转子齿数不变，齿距角不变时，若拍数增加一倍，步距角则减少一半。图4-1中，当三相三拍运行时，步距角为3°，三相六拍运行时步距角为1.5°。由式4-1可知，转子齿数与系统对步进电动机要求的步距角有关，也与相数、拍数有关，其值不能任意选取。只要在错开的条件下增加转子齿数z和电源的相数m及运行拍数，就可满足小步距角的要求，如1.2°/0.6°或1.5°/0.75°等。

     图4-2    轴向分相反映式步进电机

五相五定子轴向分相反映式步

进电机，如图4-2所示。定子和转子

都分为5段，呈轴向布置。其上均有

16个齿，故齿距为22.5°，各相定

子彼此径向错开1/5个齿的齿距（也

可以由五段转子彼此径向错开1/5齿

距）。如果按A-B-C-D-E-A-……的五

相五拍通电，步距角为α=t/5=22.5⁰/5