FLUX 在反应式步进电机中的应用 一、 步进电机的工作原理及特性.pdf

FLUX在反应式步进电机中的应用

一、步进电机的工作原理及特性

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件。在非超载的情况下，
电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给
电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周
期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常
的简单。

图1.1步进电机的工作原理图

步进电机的品种规格很多，按照它们的结构和工作原理分为永磁式步进电机、反应式步

进电机和混合式步进电机。永磁式步进电机一般为两相,转矩和体积较小,步进角一般为7.5
度或1.5度;反应式步进电机一般为三相,可实现大转矩输出,步进角一般为1.5度,但噪声
和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成,定子上有多相励磁绕组,利用磁
导的变化产生转矩。混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五

相:两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为0.72度。这种步进电机的应用最为广泛。
步进电机的主要特性：
1．步进电机必须加驱动才可以运转，驱动型号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电

机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉

冲的频率成正比。

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2．步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性。
3．改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。
因此，目前打印机，绘图仪，机器人，等等设备都以步进电机为动力核心。

二、反应式步进电机的FLUX仿真过程

图1.2是三相反应式步进电机的剖面图。电机定子的每两个相对的极组成一相，极上绕
组反向串联，以此形成N-S极。电机的定子有6个磁极，每个磁极上均匀分布5个小齿。转
子圆周上均匀布40个小齿，故其齿距角=3600/400=90。在三相单三拍工作方式中，当A相通
电时，定子A相的五个齿与转子对齐，与A相相隔1200的B相上，定子齿与转子齿错开
120/9=13+1/3齿，与A相相隔2400的C相，定子齿与转子齿错开240/9=26+2/3齿。因此，
若A相断电，接通B相时，转子齿相对于A相定子齿转动1/3齿距角，即30，就可以使B
相定子与转子齿对齐。同理，C相通电，转子齿相对于A相转动2/3齿距角，即60。这样就
可以实现A-B-C-A三相轮流导通。

图1.2三相反应式步进电机

1．利用FLUX自带的OVERLAY模块，快速建立一个反应式步进电机
在FLUX前处理器的Extensions-overlay选项中，软件提供了六个可供选择的模块，用
户只要输入一定的参数，就可以获得想要建立的模型，同时，软件自动进行剖分，这一优越
的功能对电机设计人员具有很大的帮助，是目前国内很多类型软件无法实现的。

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下面是输入反应式步进电机相关参数后，软件自动建模及网格剖分后的效果图：

FLUX2D模型

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2.电路图
采用三相单三拍通电工作方式，电路图为：
线圈电压V=5.6伏
Switch:
S1:user(3,6,9)
S2:user(6,9,9)
S3:user(0,3,9)

3.仿真结果分析

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