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1、 论步进电机与开关磁阻电机班级：学号：论步进电机与开关磁阻电机一、 步进电机1.1概述步进电机是一种特殊的电机，每输入一个电脉冲信号，电机就转动一份角度，由于它的运动是步进形式的，所以称为步进电机。又因为它输入的是脉冲电流，所以也叫脉冲电动机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下电机取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号的时候，它将驱动电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角，它的旋转式一个固定的角度一步一步运行的。控制的时候可以通过控制脉冲的个数来控制角位移量，从而到达准确定位的目的，同时可以通
2、过控制脉冲来控制电机的速度和加速度，从而到达调速的目的。不仅电机的主要缺点是效率比拟低，并且需要专用的电源供应脉冲信号，带负载惯量的能力不强，在运行中会出现共振和震荡等问题。1.2反响式步进电机的构造反响式不仅电机的构造形式有很多，按定转子铁心的段数分为单段式和多段式两种。1 单段式单段式是定转子为一段铁心。由于各项绕组沿着圆周方向均匀排列，所以又称为径向分相式。它是步进电机中使用最多的一种构造形式。下列图为三相反响式步进电动机的径向截图。定转子铁心由硅钢片叠压而成，定子磁极为突极式，磁极的极面上开有小齿、定子上有三套控制绕组，每一套有两个串联的集中控制绕组分别绕在径向相对的两个磁极上。每套绕
3、组叫一相，三相绕组接成星形，所以定子磁极数通常为相数的两倍。转子上没有绕组，沿圆周也有均匀的小齿，其齿距和定子磁极上小齿的齿距必须相等，而且转子的齿数有一定的限制。这种构造形式的优点是制造简便，精度易于保证，步距角可以做得较小，容易得到较高的启动和运行频率。其缺点是在电机的直径较小而相数又较多时，沿径向分相较为困难，消耗功率大。三相反响式步进电机的构造2 多段式多段式是定转子铁芯沿电机轴向按相数分成m段由于各相绕组沿着轴向分布所以又称为轴向分相式按其磁路的构造特点有两种一种是主磁路仍为径向另一种是主磁路包含有轴向局部，多段式径向磁路步进电动机的构造如下列图所示。每一段的构造和单段式径向分相构造
4、相似，通常每一相绕组在一段定子铁芯的各个磁极上定子的磁极数从构造合理考虑决定最多可以和转子齿数相等定转子铁芯的圆周上都有齿形相近和齿距一样的均匀小齿转子齿数通常为定子极数的倍数定子铁芯或转子铁芯每相邻两段沿圆周错开1/m齿距此外也可以在一段铁芯上放置两相或三相绕组定子铁芯或转子铁芯每相邻两段要错开相应的齿距这样可增加电机制造的灵活性。多段式径向磁路反响式步进电机1 线圈 2 定子 3转子多段式轴向磁路步进电动机的构造如图4-3所示每段定子铁芯为字形在其中间放置环形控制绕组定转子铁芯上均有齿形相近和齿数相等的小齿定子铁芯或转子铁芯每相邻两段沿圆周错开1/m齿距。多段式构造的共同特点是铁芯分段和错
5、位装配工艺比拟复杂精度不易保证特别对步距角较小的电机更是困难但步距角可以做的很小启动和运行频率较高对轴向磁路的构造定子空间利用率高，环形控制绕组绕制方便，转子的惯量较低。1.3步进电机优点1 输出角位移或线位移量与其输入的脉冲数成正比，儿转速或线速度与脉冲数的频率成正比，在负载能力的围通过改变脉冲来调节电机的转速，并且能够快速启动、制动和反转。2 控制性能好，它可以在开环系统中在很宽的围通过通过改变脉冲开调节嗲及的转速3 每一周都有固定的步数，所以不及点击在不失步的情况下训词那个，其步距误差不会长期积累。4 有一些形式的步进电机在不通电的情况下还有定位转矩。当采用速度和位置检测装置后，它能构成
6、闭环控制系统。二、 开关磁阻电机2.1概述开关磁阻电动机Switched Reluctance Drive ：SRD是继变频调速系统、无刷直流电动机调速系统之后开展起来的最新一代无级调速系统，是集现代微电子技术、数字技术、电力电子技术、红外光电技术及现代电磁理论、设计和制作技术为一体的光、机、电一体化高新技术。它具有调速系统兼具直流、交流两类调速系统的优点。广泛应用于家用电器、航空、航天、电子、机械及电动车辆等领域。开关磁阻电动机具有构造简单，调速围广，调速性能优异的特点，且在整个调速围都有较高的效率，系统的可靠性高。主要有开关磁阻电机，功率变换器四局部组成。控制器包含功率变换器和控制电路，而
7、转子位置检测器那么安装在电机的一端。2.2工作原理下列图示出四相8/6构造SR电动机原理图。为简单计，图中只画出A相绕组及其供电电路。SR电动机的运行原理遵循“磁阻最小原理磁通总要沿着磁阻最小的路径闭合，而具有一定形状的铁心在移动到最小磁阻位置时，必使自己的主轴线与磁场的轴线重合。图2中，当定子D-D极励磁时，1-1向定子轴线D-D重合的位置转动，并使D相励磁绕组的电感最大。假设以图中定、转子所处的相对位置作为起始位置，那么依次给DABC相绕组通电，转子即会逆着励磁顺序以逆时针方向连续旋转；反之，假设依次给BADC相通电，那么电动机即会沿顺时针方向转动。可见，SR电动机的转向与相绕组的电流方向
8、无关，而仅取决于相绕组通电的顺序。另外，从图2可以看出，当主开关器件S1、S2导通时，A相绕组从直流电源US吸收电能，而当S1、S2关断时，绕组电流经续流二极管VD1、VD2继续流通，并回馈给电源US。因此，SR电动机传动的共性特点是具有再生作用，系统效率高。四相8/6级SR电动机其中一相的典型构造2.3反响式步进电机反响式步进电动机是利用凸极转子交轴磁阻与直轴磁阻之差所产生的反响转矩而转动的所以也称为磁阻式步进电动机现以一个最简单的三相反响式步进电动机为例说明其工作原理是一台三相反响式步进电动机的原理图、定子铁芯为凸极式、共有三对、六个磁极每两个相对的磁极上绕有一相控制绕组转子用软磁性材料制
9、成也是凸极构造只有四个齿齿宽等于定子的极靴宽下面通过几种根本的控制方式来说明其工作原理。三相反响式进步电动机的原理图三相单三拍通电方式，当A相控制绕组通电其余两相均不通电，电机建立以定子A相极轴线的磁场由于磁通具有力图走磁阻最小路径的特点。使转子齿13的轴线与定子A相极轴线对齐如图a所示假设A相控制绕组断电B相控制绕组通电时转子在反响转矩的作用下逆时针方向转过30使转子齿24的轴线与定子B相极轴线对齐即转子走了一步如图b所示假设再断开B相使C相控制绕组通电转子又转过30使转子齿的轴线与定子C相极轴线对齐如图c所示如此按ABCA的顺序轮流通电转子就会一步一步地按逆时针方向转动其转速取决于各相控制
10、绕组通电与断电的频率旋转方向取决于控制绕组轮流通电的顺序假设按ACBA的顺序通电那么电机按顺时针反方向转动。2.4优缺点主要优点如下：1、开关磁阻电动机有较大的电动机利用系数，可以是感应电动机利用系数的1.21.4倍。2、电动机的构造简单，转子上没有任何形式的绕组；定子上只有简单的集中绕组，端部较短，没有相间跨接线。因此，具有制造工序少、本钱低、工作可靠、维修量小等特点。3、开关磁阻电动机的转矩与电流极性无关，只需要单向的电流鼓励，理想上公率变换电路中每相可以只用一个开关元件，且与电动机绕组串联，不会像PWM逆变器电源那样，存在两个开关元件直通的危险。所以，开关磁阻电动机驱动系统SED线路简单
11、，可靠性高，本钱低于PWM交流调速系统。4、开关磁阻电动机转子的构造形式对转速限制小，可制成高转速电动机，而且转子的转动惯量小，在电流每次换相时又可以随时改变相匝转矩的大小和方向，因而系统有良好的动态响应。5、SRD系统可以通过对电流的导通、断开和对幅值的控制，得到满足不同负载要求的机械特性，易于实现系统的软启动和四象限运行等功能，控制灵活。又由于SRD系统是自同步系统运行，不会像变频供电的感应电动机那样在低频时出现不稳定和振荡问题。6、由于SR开关磁阻电动机采用了独特的构造和设计方法以及相应的控制技巧，其单位处理可以与感应电动机相媲美，甚至还略占优势。SRD系统的效率和功率密度在宽广的速度和
12、负载围都可以维持在教诲水平。主要缺点是：1、有转矩脉动。从工作原理可知，S开关磁阻电动机转子上产生的转矩是由一些列脉冲转矩叠加而成的，由于双凸极构造和磁路饱和非线性的影响，合成转矩不是一个恒定转矩，而有一定的谐波分量，这影响了SR电动机低速运行性能。2、SR电动机传动系统的噪声与z，采取适当措施，并从控制角度考虑采用合理策略可以得到改良。2.5开展情况作为一种新型调速驱动系统，开关磁阻电机以其构造简单、低本钱、高效率、优良的调速性能和灵活的可控性，愈来愈得到人们的认可和应用。已成功应用于在电动车用驱动系统、家用电器、工业应用、伺服系统、高速驱动、航空航天等众多领域中，成为交流电机调速系统、直流电机调速系统和无刷直流电机调速系统的强有力竞争者。 /
