三相步进与两相步进步距角详解

　　1、决议步距角的要素

　　步进电机分辨率(一圈的步数，360°除以步距角)越高，方位精度越高。为了得到高分辨率，规划的极数要多。PM型转子为N与S极在转子的铁心外表面上交互等节距放置，转子极数为N极与S极数之和，为简化讲解，假定极对数为1.此处断定转子为****磁铁的步进电机的步距角θs由下式表明，其间Nr为转子极对数，P为定子相数，(本课后边叙说的HB型步进电机Nr为转子齿数)：

　　上式的物理意义如下：

　　转子旋转一周的机械视点为360.，如用极数2Nr去除，相当于一个极所占的机械视点即180°/Nr。这就是说，一个极的机械视点用定子相数去切割就得到步距角，此概念如下图所示。

　　由式θs=180°/PNr可知，步距角越小，分辨率越高，因而要进步步进电机的分辨率，就要添加转子极对数或选用定子相数P较多的多相式办法。而Nr的添加遭到机械加工的限制，所以要制作高分辨率的步进电机需求两种办法并用才行。

　　2、两相步进电机

　　两相步进电机最简略的构成为Nr=1的状况，电机结构如下图所示。一般两相电机定子磁极数为4的倍数，至少是4.转子为N极与S 极各一个的两极转子。

　　定子一般用硅钢片叠压制作，定子磁极数为4极，相当于一相绕组占两个极，A相两个极在空间相差180°，B相两个极在空间也相差180°。电流在一相绕组内正负活动(此种驱动方法称为双极性驱动)，A相与B相电流的相位相差90°，两相绕组中矩形波电流替换流过。

　　即两相电机的定子，在Nr=1时，空间相差90°，时刻上电流相差90°相位差，电流与一般的同步电机类似，在定子上发生旋转磁场，转子被旋转磁场吸引，随旋转磁场同步旋转。

　　上图表明两相步进电机的结构(PM型)及其工作原理，从图(a)到图(b)顺时针旋转90°，顺次图(c)、(d)均旋转90°，顺次不断工作成为接连旋转。

　　以上图为例，假定A相有两个线圈，单向电流替换流过两个线圈，也可发生相反的磁通方向，此方法称为单极(uni-plar)型线圈。

　　如下图所示线圈内部只流过单方向电流，此线圈称为单极型线圈;另一种，线圈内流过正、反方向电流的线圈称为双极型线圈，两种线圈的优缺点将在后边的课程中具体介绍。单极型线圈能够替代上图所示双极型线圈，工作时具有相同的步距角。

　　上图中的两相单极型线圈在有些文献中也被称为四相步进电机，此刻其转子极对数、齿数Nr，以及步距角θs均与双极型线圈相同。本课程两相电机的界说符合式θs=180°/PNr，即将转子齿数和步距角θs代入式θs=180°/PNr，如P=2.则为两相电机，如Nr相同，P=4.步距角θs只要1/2.则电机为四相电机，在此特别提请注意。

　　两相步进电机现在运用广泛，实践电机的构造比图(PM双极型两相步进电机结构与工作原理)杂乱，定子除选用叠片外，还有爪极结构，但基本原理可参阅图(PM双极型两相步进电机结构与工作原理)，图中所示的转子被称为PM型(****磁铁或永磁式)转子，磁性圆柱的外表面形成转子磁极。

　　3、三相步进电机

　　转子不选用****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运用。1986年日本伺服公司开发了转子为****磁铁、定子磁极带有齿的步进电机(在后边会具体介绍磁极齿的规划原理)，定、转子齿距的配合，能够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。

　　转子不选用****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运用。1986年日本伺服公司开发了转子为****磁铁、定子磁极带有齿的步进电机(在后边会具体介绍磁极齿的规划原理)，定、转子齿距的配合，能够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。

　　下图为不同相数的步进电机典型定子结构和驱动电路的比较，其间疏忽了转子结构图。假定转子均为PM型或HB型，并且根据定子为两相、三相、五持平装备相应的转子。定子选用不发生不平衡电磁力(在后边会具体介绍，转子径向吸引力的和不能****相互抵消，发生剩下径向力)的最小主极数结构，即两相为4个主极、三相为3个主极、五相为5个主极时，结构上会发生不平衡电磁力，除特别用处外不会运用上述结构。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，为最简略的结构。

　　另一方面，如双极型(Bi-polar)线圈所运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，三相则因为绕组选用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，三相步进电机结构最简略，其两者的制作本钱****。

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