汽車電工電子技術(shù)主講人：張博峰步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)及工作原理主講人：張博峰01步進(jìn)電動機(jī)介紹01步進(jìn)電動機(jī)介紹步進(jìn)電動機(jī)是一種特殊的電機(jī)，由于它的運(yùn)動形式是步進(jìn)式的，所以稱為步進(jìn)電動機(jī)（脈沖電動機(jī)）。步進(jìn)電動機(jī)發(fā)展迅速，尤其是隨著計算機(jī)技術(shù)、微電子技術(shù)和數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域日益廣闊，涉及冶金、電力、紡織、電子、化工、醫(yī)療、印刷以及航空航天、船舶、汽車等。目前，在汽車上的應(yīng)用主要有步進(jìn)電動機(jī)全數(shù)字儀表、電動車窗、電動車電子油門控制、汽車制動測試系統(tǒng)、汽車步進(jìn)電動機(jī)型怠速控制閥等。步進(jìn)電動機(jī)在生活中應(yīng)用相當(dāng)廣泛，但步進(jìn)電動機(jī)并不能像普通的直流電動機(jī)、交流電動機(jī)在常規(guī)下使用。它必須由脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用，因此，要用好步進(jìn)電動機(jī)并非易事。02步進(jìn)電動機(jī)結(jié)構(gòu)磁阻式步進(jìn)電動機(jī)與其他普通電動機(jī)一樣，主要分為定子和轉(zhuǎn)子兩部分。它是由磁性轉(zhuǎn)子鐵心通過與由定子產(chǎn)生的脈沖電磁場相互作用而產(chǎn)生轉(zhuǎn)動的。磁阻式步進(jìn)電動機(jī)的結(jié)構(gòu)形式很多，按定轉(zhuǎn)子鐵心的段數(shù)分為單段式和多段式兩種。03步進(jìn)電動機(jī)的工作原理

當(dāng)步進(jìn)電機(jī)的A相通電，B相和C相不通電時，由于A相繞組產(chǎn)生的磁通要經(jīng)過磁阻最小的路徑形成閉合磁路，這樣將使轉(zhuǎn)子齒1、3和定子的A相對齊，如圖所示。當(dāng)A相斷電，改為B相通電時，同A相通電時情況一樣，磁通也要經(jīng)過磁阻最小的路徑形成閉合磁路，這樣轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過一定角度，使轉(zhuǎn)子齒2、4與B相對齊，轉(zhuǎn)子在空間轉(zhuǎn)過的角度為30°，如圖所示。當(dāng)由B相改為C相通電時，同樣可使轉(zhuǎn)子順時針轉(zhuǎn)過30°空間角度，如圖所示。若按照A-B-C-A的通電順序往復(fù)下去，則步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子將按一定速度沿逆時針方向旋轉(zhuǎn)，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速取決于三相控制繞組的通、斷電源的頻率。

當(dāng)按照A-B-C-A順序通電時，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動方向?qū)⒏臑轫槙r針。在步進(jìn)電機(jī)控制過程中，定子繞組每改變一次通電方式，稱為一拍。

上述的通電控制方式，由于每次只有一相控制繞組通電，稱為三相單三拍控制方式。除此種控制方式外，還有三相單、雙六拍工作方式和三相雙三拍控制方式。在三相單、雙六拍工作方式中，控制繞組通電順序為A-AB-C-CB-B-BA-A（轉(zhuǎn)子逆時針旋轉(zhuǎn)）或A-AC-C-CB-B-BA-A（轉(zhuǎn)子順時針旋轉(zhuǎn)）。在三相雙三拍控制方式中，控制繞組的通電順序為AB-BC-CA-AB或AC-CB-BA-AC。

步進(jìn)電機(jī)每改變一次通電狀態(tài)（一拍）轉(zhuǎn)子所轉(zhuǎn)過的角度稱為步進(jìn)電機(jī)的步距角。三相單三拍的步距角為30°，而三相單、雙六拍為15，三相雙三拍的步距角為30°。步進(jìn)電機(jī)的步距角N為轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過一個齒距的運(yùn)行拍數(shù)；為轉(zhuǎn)子齒數(shù)04步進(jìn)電動機(jī)的分類

（1）機(jī)電式步進(jìn)電動機(jī)（2）磁電式步進(jìn)電動機(jī)

①永磁式步進(jìn)電動機(jī)

②磁阻式步進(jìn)電動機(jī)

③混合式步進(jìn)電動機(jī)

（3）直線式步進(jìn)電動機(jī)05步進(jìn)電動機(jī)的特點(diǎn)（1）在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速和停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的。

（2）可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；

同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

（3）步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，它的工作原理是利用電子電路，即驅(qū)動器，將直流電變成分時供電的多相時序控制電流。

（4）步進(jìn)電機(jī)雖然由直流電流供電，但是不能理解為直流電機(jī)，直流電機(jī)是將直流電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能的動力電機(jī)，而步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰频拈_環(huán)控制電機(jī)。06步進(jìn)電動機(jī)和直流電動機(jī)控制方式的區(qū)別步進(jìn)電動機(jī)控制系統(tǒng)與普通交、直流電動機(jī)控制系統(tǒng)有較大區(qū)別，它必須有驅(qū)動器、控制器、電源才能驅(qū)動步進(jìn)電動機(jī)正常工作。

控制器包括信號發(fā)生器、緩沖寄存器、環(huán)形分配器、控制邏輯及正反轉(zhuǎn)控制門等，作用是產(chǎn)生脈沖信號并轉(zhuǎn)化為環(huán)形脈沖加到驅(qū)動器上，使步進(jìn)電動機(jī)按選定的運(yùn)行方式工作。

驅(qū)動器實(shí)質(zhì)上就是脈沖功率放大器，因為從控制器能夠輸出的電流很小，而步進(jìn)電動機(jī)工作時一般需要幾安到幾十安的電流。0步進(jìn)電動機(jī)的優(yōu)勢與缺點(diǎn)（1）在負(fù)載能力范圍內(nèi)，電壓、電流、負(fù)載及溫度等因素變化并不能影響到電動機(jī)的步距值。換句話說，步進(jìn)電動機(jī)的總位移量和轉(zhuǎn)速主要與輸入脈沖信號有關(guān)。（2）步進(jìn)電動機(jī)每轉(zhuǎn)動一周都有固定的步數(shù)，雖然從某一步到任何一步總會有一定的誤差，但因每轉(zhuǎn)一圈的累積誤差為零，所以步進(jìn)電