4.3 步进电动机（课件）-高一《电机与电气控制技术》同步精品课堂（人邮版·第2版)

《电机与电气控制技术》（第2版）中国工业出版社及人民邮电出版社 同步精品课程——中职专业课 第4章 常用特种电机 4.3步进电动机 知识目标 1.了解步进电动机的基本概念、分类和结构组成等； 2.掌握步进电动机的工作原理、动作方式及其应用范围； 3.了解各种步进电动机驱动器的工作原理及其应用特点； 能力目标 1.能够设计合适的步进电动机控制策略，包括步进电机的控制方式、速度控制和位置控制等； 2.能够根据控制需求选择合适的步进电动机驱动器和编码器，并调节相关参数； 3.能够应用步进电动机实现各种位置和速度控制任务； 情感目标 1.培养学生对步进电动机技术的兴趣和热情； 2.培养探索精神和创新思维，促进学生在实践中发现问题，解决问题； 3.培养学生对工程实践的责任心和使命感，强化学生的工程师道德和职业素养。 三维目标 导入情景 01 下图所示的是一个直流电动机的实际应用案例 新知学习 02 一、步进电动机的分类 步进电动机可分为机电式、磁电式及直线式3 种基本类型 1.机电式 机电式步进电动机由铁心、绕组、凸齿轮机构等组成，其结构如图所示 新知学习 02 机电式步进电动机的定子绕组至少应具有两相，而转子应为带永久磁性的转子。当步进电动机的一相定子绕组通电时，定子磁极产生的磁力总是力图使转子磁性与定子磁极保持一致，结果推动其铁心转子运动，通过凸轮机构使输出轴转动一个角度，通过抗旋转齿轮使输出转轴保持在新的工作位置上;另外一相绕组通电，转轴又会转动一个角度，依次进行步进运动。 一、步进电动机的分类 新知学习 02 2，磁电式 磁电式步进电动机主要有永磁式、反应式和永磁感应子式 3 种形式 (1)永磁式步进电动机。永式步进电动机由四相绕组组成。A 相绕组通电时，转子钢将转向该相绕组所确定的磁场方向。A 相断电、B 相绕组通电时，又会产生一个新的磁场方向，这时，转子再转动一个角度而位于新的磁场方向上，被激励相的顺序决定了转子转动的方向。永磁式步进电动机消耗功率较小，步距角较大。缺点是启动频率和运行频率较低。 (2)反应式步进电动机。反应式步进电动机在定子铁心、转子铁心的内外表面上设有按一定规律分布的相近齿槽，利用这两种齿槽相对位置变化引起磁路磁阻的变化产生转矩。这种步进电动机步矩角可做到1’~15”甚至更小，精度易保证，启动和运行频率高，但功耗大效率低。 (3)永磁感应子式步进电动机。永磁感应子式步进电动机又称混合式步进电动机，是永磁式步进电动机和反应式步进电动机两者的结合，并兼有两者的优点。 一、步进电动机的分类 切削运动分析： 新知学习 02 3.直线式 直线式步进电动机有反应式和索耶式两类。索耶式直线步进电动机由静止部分的反应板和移动部分的动子组成，如图所示 一、步进电动机的分类 切削运动分析： 新知学习 02 直线式步进电动机的静止部分由软磁材料制成，上面均匀地开有齿和槽。电动机的移动部分由永久磁铁和带线圈的碰极组成，由气垫支撑，以消除在移动时的机械摩擦，使电动机运行平稳并提高定位精度。这种电动机的最高移动速度可达 1.5m/s，加速度可达2，定位精度可达20um。由两台索耶式直线步进电动机相互垂直组装就构成平面电动机。给x方向和y方向两台电动机以不同组合的控制电流，就可以使电动机在平面内做任意几何轨迹的运动。大型自动绘图机就是把计算机和平面电动机组合在一起的新型设备。平面电动机也可用于激光剪裁系统，其控制精度和分辨力可达几十微米。 一、步进电动机的分类 切削运动分析： 新知学习 02 步进电动机的定子铁心和转子铁心都是由硅钢片叠压制成的。感应子式步进电动机的定子极靴和转子外圆均匀分布着许多小齿，图所示的结构图中，其定子磁极有均匀分布的 6 个磁极，为了提高步进精度，在磁极的极靴上开有多个小齿。每两个相对的磁极上有同一相控制绕组，同一相控制绕组根据需要可以并联也可以串联(图所示为串联)。转子铁心上没有绕组，转子铁心的外圆上开有与定子磁极相对应的小齿槽。 与传统的反应式步进电动机相比，感应子式步进电动机转子结构上加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此感应子式步进电动机具有效率高、电流小、发热低的显著优点。 二、步进电动机的工作原理 切削运动分析： 新知学习 02 1.需要理解的几个概念 (1)一拍:步进电动机中的“一拍”，是指其一相控制绕组输入一个脉冲信号后，使步进电动机的转子转过一个角度，从而使步进电动机转子从一个位置变换到另一个位置 (2)步距角:步进电动机经过“一拍”后转动的角度称为步距角，用Θ表示: 式中，z 是