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西门子（变频器）一级供货商

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三相单三拍运行时，步进电机的控制绕组在断电、通电的间断期间，转子磁极因“失磁”而不能保持自行“锁定”的平衡位置，即失去了“自锁”能力，易出现失步现象；另外，由一相控制绕组断电至另一相控制绕组通电，转子则经历启动加速、减速至新的平衡位置的过程，转子在达到新的平衡位置时，会由于惯性而在平衡点附近产生振荡现象，故运行的稳定性差。因此，常采用双三拍或单、双六拍的控制方式。

②三相双三拍通电方式。反应式步进电机采用三相双三拍通电方式运行，其工作原理反应式步进电机的工作原理

所示为一台简单的三相反应式步进电机的工作原理图。它的定子上有6个极，每个极上都装有控制绕组，每两个相对的极组成一相。转子是4个均匀分布的齿，上面没有绕组。反应式步进电机是利用凸极转子交轴磁阻与直轴磁阻之差所产生的反应转矩（或磁阻转矩）而转动的，所以也称为磁阻式步进电机。下面分别介绍不同通电方式时，反应式步进电机的工作原理。其缺点是，当电机的直径较小，而相数又较多时，沿径向分相较为困难。另外这种电机消耗的功率 这种步进电机的定子空间利用率较好，环形控制绕组绕制方便。转子的转动惯量低、步距角也可以做得较小，启动和运行频率较高。但是在制造时，铁芯分段和错位工艺较复杂，精度不易保证。个相对的极组成一相。转子是4个均匀分布的齿，上面没有绕组。反应式步进电机是利用凸极转子交轴磁阻与直轴磁阻之差所产生的反应转矩（或磁阻转矩）而转动的，所以也称为磁阻式步进电机。下面分别介绍不同通电方式反应式步进电机的工作原理

所示为一台简单的三相反应式步进电机的工作原理图。它的定子上有6个极，每个极上都装有控制绕组，每两时，反应式步进电机的工作原理。

b．径向磁路多段式步进电机的结构定、转子铁芯沿电机轴向按相数m分段，每段定子铁芯的磁极上均放置同一相控制绕组。定子铁芯（或转子铁芯）每相邻两段错开1/m齿距，对每一段铁芯来说，定、转子上的磁极分布情况相同。也可以在一段铁芯上放置两相或三相控制绕组，相当于单段式电机的组合。定子铁芯（或转子铁芯）每相邻两段则应错开相应的齿距。较大，断电时无定位转矩。

②多段式。又称为轴向分相式。按其磁路的特点不同，又可分为轴向磁路多段式和径向磁路多段式两种。

轴向磁路多段式步进电机的结构定、转子铁芯沿电机轴向按相数m分段，每一组定子铁芯中放置一环形的控制绕组。定、转子圆周上冲有形状相似、数量相同的小齿。定子铁芯（或转子铁芯）每相邻段错开1/m齿距。进电机的基本结构

反应式步进电机是利用反应转矩（磁阻转矩）使转子转动的。因结构不同，又可分为单段式和多段式两种。

①单段式。又称为径向分相式。它是目前步进电机中使用得多的一种结构形式，一般在定子上嵌有几组控制绕组，每组绕组为一相，但至少要有三相以上，否则不能形成启动力矩。定子的磁极数通常为相数m的2倍，每个磁极上都装有控制绕组，绕组形式为集中绕组，在定子磁极的极弧上开有小齿。转子由软磁材料制成，转子沿圆周上也有均匀分布的小齿，它与定子极弧上的小齿有相同的分度数，即称为齿距，且齿形相似。定子磁极的中心线即齿的中心线或槽的中心线。丢步的情况下运行，其步距误差不会长期积累，即每一步虽然有误差，但转过一周时，累积误差为零。这些特点使它完全适用于数字控制的开环系统中作为伺服元件，并使整个系统大为简化，而又运行可靠。当采用了速度和位置检测装置后，它也可以用于闭环系统中。

④有些类型的步进电机在停止供电状态下还有定位转矩，有些类型的步进电机在停机后某些相绕组仍保持通电状态，也具有自锁能力，不需要机械制动装置。单波绕组的连接规律是从某一换向片出发，将相隔约为两个极距的同极性磁场中对应位置的所有元件串联起来。这种绕组连接的特点是元件两出线端所连换向片相隔较远，相串联的两元件也相隔较远，形状如波浪一样向前当元件形状左右对称、电刷在换向器表面上的位置对准主磁极中心线时，支路电动势大。

 单从支路数来看，单波绕组可以只要两组电刷，但为了减少换向器的轴向长度，降低成本，仍按主极数来装置电刷，称为全额电刷。在单波绕组中，电枢电动势仍等于支路电动势，电枢电流也等于支路电流之和，

式中，为电枢总电流；为并联支路对数；为支路电流。

各种绕组的应用范围

单叠绕组与单波绕组的主要区别在于并联支路对数的多少。

单叠绕组可以通过增加极对数来增加并联支路对数。适用于低电压大电流的电机；单波绕组的并联支路对数，但每条支路串联的元件数较多，故适用于小电流较高电压的电机。使气隙磁场发生畸变。前极端（电枢转动时进入端）磁场被削弱，后极端磁场被加强。

 使磁场强度为零的地方——物理中性线，顺着电枢转向移动了一个角。

 去磁作用。在磁路未饱和时，主磁场被削弱的数量和增强的数量相等，每极磁通不变。实际上电机在空载运行时磁路已处于饱和状态，磁路的磁阻已不是常数，不能采用简单的叠加方法来确定负载时的气隙磁密度。因此，实际增强的数量应为，减弱的数量应为，而面积，故发电机交轴电枢反应使每极磁通比空载时有所减少，有轻微的去磁作用，电枢绕组的感应电势将有所降低。

（2）直轴电枢反应

电刷不在几何中性线上时，将同时产生交轴及直轴电枢反应，其中交轴电枢反应与前面的分析一样，至于直轴电枢反应的性质，又取决于电刷移动的方向，

当电刷顺着电枢旋转方向移动一个角时，电枢磁势的直轴分量与主磁场的方向恰好相反，起去磁作用。当电刷逆着电枢转向移动时，电枢磁势的直轴分量与磁场的方向相同，起助磁作用。

现已知道发电机交轴电枢反应已使物理中性线顺着电枢转向移动一个角，若是再将电刷逆着电枢转向移动，将使被电刷短接的元件产生较高的感应电势，从而形成较大的环流，对换向器十分有害。因此，对发电机而言，不允许逆着电枢转向移动电刷。

发电机的直轴去磁电枢反应，使主磁通减少，要维持感应电动势不变，必须增加励磁电流。电动机的电枢反应使气隙磁场发生畸变。前极端磁场被加强，后极端磁场被削弱。

② 使物理中性线逆着电枢旋转方向移动一个角。

③ 去磁作用。

电枢偏离几何中性线时，将同时产生交轴和直轴电枢反应。当电刷顺着电枢旋转方向移动时，产生直轴助磁电枢反应；当电刷逆着电枢旋转方向移动时，产生直轴去磁电枢反应。同理，对电动机不允许顺着电枢旋转方向移动电刷。

 直流电机的电 电动势和电 转矩直流电机的电枢电动势

直流电机运行时，无论是作为发电机还是作为电动机，电枢绕组处在磁场中转动时将会产生感应电动势，称为电枢电动势。电枢电动势是指直流电机正、势方向正好与电枢电流方向相反。由以上分析可以得出这样一个结论，电枢电动势在直流发电机中对外电路来说相当于电源电动势，与电流同方向；在直流电动机中则相当于反电动势，与电流方向相反，电磁转矩在直流发电机中是制动转矩，与转向相反；在直流电动机中则是驱动转矩，与转向同方向。

电枢电动势的方向由电机的转向和主磁场方向决定，其中只要有一个方向改变，电动势方向也就随之改变了。电磁转矩的方向由电枢电流和主极磁场的方向决定，同样，只要改变其中的一个方向，电磁转矩方向将随之改变，而当两个方向同时改变时，则电磁转矩方向不变。

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