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混合式步进电机与反应式步进电机和永磁式步进电机内部结构有什么异同

2025-03-11 09:42:23

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回答1：

功能和分类
步进电动机是一种增量运动的电磁执行元件。它可以将数字脉冲信号换成机械角位移或者线位移。其位移量（角度或者长度）与输入脉冲信号有严格的对应关系，电机转速与输入脉冲频率能保持同步。
步进电动机主要用于开环控制系统，当精度和速度有较高的要求时也可采用闭环控制系统。步进电动机由于没有积累误差，因此可以看成是一种具有较高定位精度的执行元件。其脉冲数字量与步进电动机所转过的角度严格满足下式的关系：
θi = Νβ±Δβ （10-1）

式中 θi——电机转过的角度（°）；

Ν——脉冲信号数字量，Ν＝1、2、3、......；

β——电机步距角（°）；

Δβ——步距角误差（°）。
其次，电机的平均转速与脉冲频率保持下式的同步关系：
n=(β/6)f （10-2）
式中 n——电机平均转速（r/min）；
β——电机步距角（°）

f——脉冲频率（Hz）。
由式（10-2）可见，调节输入脉冲信号的频率即可调节电机的转速，故它可作为恒速系统中的驱动元件，代替同步电动机使用。变更输入脉冲的序列可以方便地改变电机的转向。变换通电拍数，如三相六拍或三相三拍，相应可以实现半步驱动与整步驱动，从而实行不同步距角的运行方式。
步进电动机不能直接地与直流或交流电网联接。其驱动系统框图见图10-1。图中Ⅰ、Ⅱ两部分可以由硬件构成，也可以由微型计算机通过接口电路，采用编程方式实现。

图10-1步进电动机系统框图
在速度和位置控制系统中，步进电动机驱动系统具有运行可靠、结构简单、成本低、维修方便等优点。其步距角值和旋转速度不会因电压、电流、温度等因素而波动，可以做到快速启动、反转和制动。
步进电动机主要应用领域有：计算机外部设备、摄影系统、光电组合装置、阀门控制、核反应堆、银行终端、数控机床、自动绕线机、电子钟表及医疗设备等。
各类装置或系统在采用步进电动机时，应充分注意步进电动机的运行特点，全面考虑技术经济指标。表10-1列出了步进电动机的主要优点和缺点，供使用参考。
表10-1 步进电动机的优点和缺点
优点缺点
①无积累误差
②采用数字脉冲信号控制，不需数模转换，便于和计算机联接
③结构简单、成本低、无滑环和电刷，便于维修
④可堵转运行而不会烧毁
⑤可以开环控制，抗干扰能力强，启动、反转、定位都很方便 ①运动增量或步距角是固定的，分辨率不能改变
②效率低
③单步响应有超调和振荡
④不适合惯量大的负载
⑤摩擦负载影响精度
⑥性能指标受控制，驱动电路影响较大
按运行原理和结构型式步进电动机分类见表10-2,其中永磁式、磁阻式、感应子式（或混合式）、直线式步进电动机是应用较多的型式。
表10-2 步进电动机分类
电机名称代号含意
电磁式步进电动机
永磁式步进电动机
感应子式（混合式）步进电动机
磁阻式步进电动机
盘式永磁步进电动机
印刷绕组步进电动机
直线步进电动机
滚切式步进电动机 BD
BY
BYG
BC
BPY
BN
BX
BG 步、电
步、水
步、水、感
步、磁
步、盘、水
步、印
步、线
步、滚
*基本原理和结构
步进电动机是从电磁铁这样简单的装置演变过来的一种电磁能量转换机能。表10-2中仅列出了部分产品类型。由于效率、噪音、快速响应和制造工艺等诸因素，很多类型的步进电动机目前已很少采用了。以下仅就磁阻式、永磁式、感应子式（混合式）步进电动机结构和工作原理做一些介绍。
1.磁阻式步进电动机
磁阻式步进电动机也叫反应式（BF）步进电动机，其实、转子均由软磁材料冲制、叠压而成。定子上安装多相励磁绕组。转子上无任何绕组，转子圆周外表面均匀分布若干齿和槽。定子上均匀分布若干个大磁极，每个大磁极上有数个小齿和槽。图10-2为三相反应式步进电动机结构示意图，其磁路结构为单段式径向磁路。此外还有多段式径向磁路和多段式轴向磁路结构。磁阻式步进电动机相数一般为三相、四相、五相、六相。多段式径向磁路的磁阻式步进电动机是由单段式演变而来的。各相励磁绕组沿轴向分段布置，每段之间的定子齿在径向互相错开1／m齿距（m为相数），见图10-3.与单段式相比其电感小，转动惯量小，动态性能指标高。但电机的风度差，制造工艺复杂。多段式轴向磁路的步进电动机见图10-4,其励磁绕组为环形绕组，绕组制造和安装都很方便。定子冲片为内齿状的环形冲片，定子齿数和转子齿数相等。每段之间定子齿在径向依次错开1／m齿距（m为相数）齿距，转子齿不错位。后两种结构和其他型式的磁阻式步进电动机目前都已很少采用。
不论哪一咱磁阻式步进电动机，它们的共同特点是：
⑴定转子间气隙小，一般为0.03～0.07mm
⑵步距角小，最小可做到10'。
⑶励磁电流大，最高20A。
⑷断电时没有定位转矩。
⑸电机内阻尼较小，单步运行振荡时间较长。
2.永磁式步进电动机

图10-2 磁阻式步进电动机示意图图10-3 多段式径向磁路磁阻式步进电动机

图10-4 多段式轴向磁路磁阻式步进电动机
转子或定子任何一方具有永磁材料的步进电动机叫永磁式步进电动机，其不具有永磁材料的一方放有励磁绕组，绕组通以励磁电流后，建立的磁场与永磁材料的恒定磁场相互作用产生电磁转矩。励磁绕组一般为二相或四相，见图10-5.由图可知A、B二相控制绕组当按A→B→（-A）→（-B）→A......顺序通电励磁，转子将顺时针方向转动，此时步距角为45°，改变通电相序就可以改变转动方向。

图10-5 永磁式步进电动机示意图
永磁步进电动机的特点是：
⑴步距角大，例如15°、22.5°、45°、90°等。
⑵相数大多为二相或四相。
⑶启动频率较低。
⑷控制功率小，驱动器电压一般为12V或24V,电流濒于2A。
⑸断电时具有一定的保持转矩。
3.感应子式（混合式）步进电动机
这种电机最早见于美国专利。见图10-6,定子和四相的磁阻

图10-6 感应子式（混合式）步进电动机示意图
式步进电动机没有任何区别，只是每极下同时绕有二相绕组或者绕一相绕组用桥式电路按正负脉冲供电。转子上有一个圆柱形磁钢，沿轴向充磁，两端分别放置由软磁材料制成有齿的导磁体并沿圆周方向错开半个齿距。当某相绕组通以励磁电流后，就会使一端的磁极下的磁通增强而使另一端减弱，异性磁极的情况也是同样的，一端增强而一端减弱。改变励磁绕组通电的相序，产生合成转矩可以使转子转过1／4齿距达到稳定平衡位置。这种步进电动机不仅具有磁阻式步进电动机步距小，运行频率高的特点，还具有永磁步进电动机消耗功率小的优点，是目前发展较快的一种步进电动机。

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