隨著生產(chǎn)過程機械化、電氣化和自動化的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了各種類型的特種電機。這些電機的工作原理，一般與普通的異步電機和直流電機的基本原理近似，但是它們在性能、結構、生產(chǎn)工藝上各有其特殊性，多用于自動控制過程中。一般來說，這些電機的功率不大，小的只有幾分之一瓦，大的也不過幾十瓦或幾百瓦，屬于微型電機的范圍。 

 

步進電機

 

一般電機都是連續(xù)旋轉，而步進電機卻是一步一步轉動的，故叫步進電機。每輸入一個脈沖沖信號，該電機就轉過一定的角度（有的步進電機可以直接輸出線位移，稱為直線電機）。因此步進電機是一種把脈沖變?yōu)榻嵌任灰疲ɑ蛑本€位移）的執(zhí)行元件。

 

步進電機的轉子為多極分布，定子上嵌有多相星形連接的控制繞組，由專門電源輸入電脈沖信號，每輸入一個脈沖信號，步進電機的轉子就前進一步。由于輸入的是脈沖信號，輸出的角位移是斷續(xù)的，所以又稱為脈沖電機。  

 

隨著數(shù)字控制系統(tǒng)的發(fā)展，步進電機的應用將逐漸擴大。

 

步進電機的種類很多，按結構可分為反應式和激勵式兩種；按相數(shù)分則可分為單相、兩相和多相三種。

 

圖1是反應式步進電機結構示意圖，它的定子具有均勻分布的六個磁極，磁極上繞有繞組。兩個相對的磁極組成一組，聯(lián)法如圖所示。 

 

下面介紹反應式步進電機單三拍、六拍及雙三拍通電方式的基本原理。

 

一、單三拍通電方式的基本原理

 

設A相首先通電（B、C兩相不通電），產(chǎn)生A-A′軸線方向的磁通，并通過轉子形成閉合回路。這時A、A′極就成為電磁鐵的N、S極。在磁場的作用下，轉子總是力圖轉到磁阻最小的位置，也就是要轉到轉子的齒對齊A、A′極的位置（圖2a）；接著B相通電（A、C兩相不通電），轉了便順時針方向轉過30°，它的齒和C、C′極對齊（圖2c）。不難理解，當脈沖信號一個一個發(fā)來時，如果按A→C→B→A→„的順序通電，則電機轉子便逆時針方向轉動。這種通電方式稱為單三拍方式。

 

二、六拍通電方式的基本原理

 

設A相首先通電，轉子齒與定子A、A′對齊（圖3a）。然后在A相繼續(xù)通電的情況下接通B相。這時定子B、B′極對轉子齒2、4產(chǎn)生磁拉力，使轉子順時針方向轉動，但是A、A′極繼續(xù)拉住齒1、3，因此，轉子轉到兩個磁拉力平衡為止。這時轉子的位置如圖3b所示，即轉子從圖(a)位置順時針轉過了15°。接著A相斷電，B相繼續(xù)通電。這時轉子齒2、4和定子B、B′極對齊（圖c），轉子從圖(b)的位置又轉過了15°。其位置如圖3d所示。這樣，如果按A、AB、B、BC、C、CA、A„的順序輪流通電，則轉子便順時針方向一步一步地轉動，步距角15°。電流換接六次，磁場旋轉一周，轉子前進了一個齒距角。如果按A、AC、C、CB、B、BA、A„的順序通電，則電機轉子逆時針方向轉動。這種通電方式稱為六拍方式。

細分：在A相通電后，B相不完全通電，可通過控制B相線圈的電流大小而達到旋轉角度的目的。

 

 

三、雙三拍通電方式的基本原理

 

如果每次都是兩相通電，即按A、B→B、C→C、A→A、B→„的順序通電，則稱為雙三拍方式，從圖3b，和圖3d可見，步距角也是30°。因此，采用單三拍和雙三拍方式時轉子走三步前進了一個齒距角，每走一步前進了三分之一齒距角；采用六拍方式時，轉子走六步前進了一個齒距角，每走一步前進了六分之一齒距角。因此步距角θ可用下式計算： θ＝360°/Zr×m

 

式中Zr是轉子齒數(shù)；m是運行拍數(shù)。

 

一般步進電機最常見的步距角是3°或1．5°。由上式可知，轉子上不只4個齒（齒距角90°），而有40個齒（齒距角為9°）。為了使轉子齒與定子齒對齊，兩者的齒寬和齒距必須相等。因此，定子上除了6個極以外，在每個極面上還有5個和轉子齒一樣的小齒。步進電機的結構圖如圖4所示。

 

由上面介紹可知，步進電機具有結構簡單、維護方便、精確度高、起動靈敏、停車準確等性能。此外，步進電機的轉速決定于電脈沖頻率，并與頻率同步。