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三相步进电机工作原理

  在讲解三相步进电机工作原理之前,需要先了解三相步进电机的机构,以下是三相步进电机结构的介绍。   转子不采用永久磁铁的步进电机(VR型或反应式或变磁阻式)很早就在三相步进电机上得到应用。1986开发了转子为永久磁铁,定子磁极带有齿的步进电机,定、转子齿距的配合,可以得到更高的角分辨率和转矩。三相步进电机定子线圈的主极数为三的倍数,故三相步进电机的定子主极数为3、6、9、12等。   图《三相步进电机结构》为不同相数的步进电机典型定子结构和驱动电路的比较,其中忽略了转子结构图。假设转子均为PM型或HB型,并且依据定子为两相、三相、五相等配备相应的转子。定子采用不产生不平衡电磁力的小主极数结构,即两相为4个主极、三相为3个主极、五相为5个主极时,结构上会产生不平衡电磁力。图中定子的结构为两相为8个主极、三相为6个主极、五相为10个主极,为简单的结构。 三相步进电机工作原理 三相步进电机结构   另一方面,如双极型(Bi-polar)线圈所使用的步进电机驱动电路,其功率管数,两相为8个、五相为10个,三相则由于绕组采用Y或△接法的关系,3个出线口的驱动只用6个功率管就够了,所以从电机和驱动器一体考虑,三相步进电机结构简单,其两者的制造成本很低。   从定子相数的奇偶数来看,奇数情况下驱动电路中切换功率管的数量要比偶数情况下少,例如三相步进电机要比两相步进电机的驱动功率管数少。三相步进电机与两相步进电机比较,在相同的转子齿数时,具有提高1.5倍分辨率、振动低等优点,所以使用数量会增加,价格会降低。鸣志三相步进电机有几十款可以选择:(https://www.moons.com.cn/c/stepper-motors-cn01/filter/phase-3) 。

三相步进电机工作原理

  三相步进电机的相绕组有Y接法与△接法,即三个接线端子驱动,用6个功率管组成驱动电路。驱动电路的激磁顺序驱动,则施加在每相线圈上的电压波形为每相正相导通120°,如图所示。 三相步进电机工作原理 激磁顺序与三相接线方式   此时的120°通电如图所示,Y接线为2相激磁,△接线为3相激磁。现在,1相绕组匝数为N时,Y接线,每相电流I流入时的转矩TY与△接线所得相同的转矩T△,由下图的三相电机2相激磁和3相激磁的向量图,推出下列的计算公式。必须要注意△接线总电流为√3I。   TY=2NIcos30° = √3NI   T△=(2/3)N(√3I)+(2/3)N(√3I)cos60° = √3NI 三相步进电机工作原理 激磁方式与合成转矩   △接线激磁电流为 Y接线的√3倍,并且比Y接线方法的转速高。图《激磁方式与合成转矩》表示三相接线方式及其驱动电路,除了Y接线与△接线外,还有三相独立绕组驱动,也称 6端子驱动的方式(H电桥)。现在,此3种电路以同一电压驱动,Y接线为两个相绕组串联关系,电压加在在此二相串联绕组,串联绕组电感变大,其电抗wL与电机速度一起增大,导致电流减少,使转矩下降。 三相步进电机工作原理 三相步进电机工作原理   三相独立绕组驱动(也称为H电桥)中的各线圈分别加电压V,此方式为三者之中能进行高速转动的驱动方式。但功率管数量为Y或△的 2倍共12个。   这些驱动方式中以Y与△接线甚为常用,现以42mm、33mm长、步距角3.75°HB型步进电机为例来进行比较,图《三相步进电机工作原理》表示全步进驱动。如前述△接法的电流值为Y接法的√3倍,低速时二者有相同转矩,但△接线方式在高速转矩更好。