三相步進與兩相步進步距角詳解

　　1、決議步距角的要素

　　步進電機分辨率(一圈的步數，360°除以步距角)越高，方位精度越高。為了得到高分辨率，規劃的極數要多。PM型轉子為N與S極在轉子的鐵心外表面上交互等節距放置，轉子極數為N極與S極數之和，為簡化講解，假定極對數為1.此處斷定轉子為****磁鐵的步進電機的步距角θs由下式表明，其間Nr為轉子極對數，P為定子相數，(本課后邊敘說的HB型步進電機Nr為轉子齒數)：

　　上式的物理意義如下：

　　轉子旋轉一周的機械視點為360.，如用極數2Nr去除，相當于一個極所占的機械視點即180°/Nr。這就是說，一個極的機械視點用定子相數去切割就得到步距角，此概念如下圖所示。

　　由式θs=180°/PNr可知，步距角越小，分辨率越高，因而要進步步進電機的分辨率，就要添加轉子極對數或選用定子相數P較多的多相式辦法。而Nr的添加遭到機械加工的限制，所以要制作高分辨率的步進電機需求兩種辦法并用才行。

　　2、兩相步進電機

　　兩相步進電機最簡略的構成為Nr=1的狀況，電機結構如下圖所示。一般兩相電機定子磁極數為4的倍數，至少是4.轉子為N極與S 極各一個的兩極轉子。

　　定子一般用硅鋼片疊壓制作，定子磁極數為4極，相當于一相繞組占兩個極，A相兩個極在空間相差180°，B相兩個極在空間也相差180°。電流在一相繞組內正負活動(此種驅動方法稱為雙極性驅動)，A相與B相電流的相位相差90°，兩相繞組中矩形波電流替換流過。

　　即兩相電機的定子，在Nr=1時，空間相差90°，時刻上電流相差90°相位差，電流與一般的同步電機類似，在定子上發生旋轉磁場，轉子被旋轉磁場吸引，隨旋轉磁場同步旋轉。

　　上圖表明兩相步進電機的結構(PM型)及其工作原理，從圖(a)到圖(b)順時針旋轉90°，順次圖(c)、(d)均旋轉90°，順次不斷工作成為接連旋轉。

　　以上圖為例，假定A相有兩個線圈，單向電流替換流過兩個線圈，也可發生相反的磁通方向，此方法稱為單極(uni-plar)型線圈。

　　如下圖所示線圈內部只流過單方向電流，此線圈稱為單極型線圈;另一種，線圈內流過正、反方向電流的線圈稱為雙極型線圈，兩種線圈的優缺點將在后邊的課程中具體介紹。單極型線圈能夠替代上圖所示雙極型線圈，工作時具有相同的步距角。

　　上圖中的兩相單極型線圈在有些文獻中也被稱為四相步進電機，此刻其轉子極對數、齒數Nr，以及步距角θs均與雙極型線圈相同。本課程兩相電機的界說符合式θs=180°/PNr，即將轉子齒數和步距角θs代入式θs=180°/PNr，如P=2.則為兩相電機，如Nr相同，P=4.步距角θs只要1/2.則電機為四相電機，在此特別提請注意。

　　兩相步進電機現在運用廣泛，實踐電機的構造比圖(PM雙極型兩相步進電機結構與工作原理)雜亂，定子除選用疊片外，還有爪極結構，但基本原理可參閱圖(PM雙極型兩相步進電機結構與工作原理)，圖中所示的轉子被稱為PM型(****磁鐵或永磁式)轉子，磁性圓柱的外表面形成轉子磁極。

　　3、三相步進電機

　　轉子不選用****磁鐵的步進電機(VR型或反應式或變磁阻式)很早就在三相步進電機上得到運用。1986年日本伺服公司開發了轉子為****磁鐵、定子磁極帶有齒的步進電機(在后邊會具體介紹磁極齒的規劃原理)，定、轉子齒距的配合，能夠得到更高的角分辨率和轉矩。三相步進電機定子線圈的主極數為三的倍數，故三相步進電機的定子主極數為3、6、9、12 等。

　　轉子不選用****磁鐵的步進電機(VR型或反應式或變磁阻式)很早就在三相步進電機上得到運用。1986年日本伺服公司開發了轉子為****磁鐵、定子磁極帶有齒的步進電機(在后邊會具體介紹磁極齒的規劃原理)，定、轉子齒距的配合，能夠得到更高的角分辨率和轉矩。三相步進電機定子線圈的主極數為三的倍數，故三相步進電機的定子主極數為3、6、9、12 等。

　　下圖為不同相數的步進電機典型定子結構和驅動電路的比較，其間疏忽了轉子結構圖。假定轉子均為PM型或HB型，并且根據定子為兩相、三相、五持平裝備相應的轉子。定子選用不發生不平衡電磁力(在后邊會具體介紹，轉子徑向吸引力的和不能****相互抵消，發生剩下徑向力)的最小主極數結構，即兩相為4個主極、三相為3個主極、五相為5個主極時，結構上會發生不平衡電磁力，除特別用處外不會運用上述結構。圖中，定子的結構為兩相為8個主極、三相為6個主極、五相為10個主極，為最簡略的結構。

　　另一方面，如雙極型(Bi-polar)線圈所運用的步進電機驅動電路，其功率管數，兩相為8個、五相為10個，三相則因為繞組選用Y或△接法的關系，3個出線口的驅動只用6個功率管就夠了，所以從電機和驅動器一體考慮，三相步進電機結構最簡略，其兩者的制作本錢****。

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