什麼是單疊變磁阻步進電機?


單疊變磁阻 (VR) 步進電機的工作原理基於磁通線佔據低磁阻路徑的特性。因此,在變磁阻步進電機中,定子和轉子會對齊,使得磁阻最小。

單疊變磁阻步進電機的構造

單疊變磁阻步進電機由凸極定子組成。定子在定子極上設定有集中繞組。定子相數取決於定子線圈的連線方式。單疊變磁阻步進電機的轉子是由鐵磁材料製成的開槽結構,並且不帶繞組。

在單疊變磁阻步進電機中,定子和轉子均由具有很高磁導率的高質量磁性材料製成,因此電機所需的勵磁電流非常小。

單疊變磁阻步進電機的執行

當定子相位透過半導體開關從直流電源按適當的順序激勵時,電機中會產生磁場。鐵磁性轉子佔據在定子磁場路徑中呈現最小磁阻的位置。因此,轉子軸線將自身與定子磁場軸線對齊。

假設一個單疊變磁阻步進電機具有 4 相,4/2 極(即定子 4 極,轉子 2 極)。電機的 4 相 A、B、C、D 分別透過半導體開關 SA、SB、SC 和 SD 連線到直流電源。電機的定子相繞組按 A、B、C、D、A 的順序激勵。

當相位繞組 A 激勵時,轉子與相位 A 的軸線對齊。轉子將保持在此位置穩定,並且在相位 A 斷電之前不會移動。

接下來,激勵相位 B 並斷電相位 A。轉子將順時針方向旋轉 90° 以與現在位於相位 B 軸線上的定子磁場對齊。

現在,激勵相位 C 並斷電相位 B,轉子將順時針方向進一步旋轉 90°。在此位置,轉子與定子磁場對齊,該磁場現在位於相位 C 的軸線上。因此,當相位按 A、B、C、D、A 的順序激勵時,轉子在每次轉換時順時針方向旋轉 90°。轉子透過四個步驟完成一次旋轉。透過反轉繞組的開關順序可以反轉轉子的旋轉方向,即對於逆時針方向的旋轉,相位激勵的順序將是 A、D、C、B、A。

從以上討論可以看出,單疊變磁阻步進電機的轉子旋轉方向僅取決於相位的開關順序,而與透過相位的電流方向無關。

任何變磁阻步進電機的步進角大小由下式給出:

$$\mathrm{步進角,\:α =\frac{360°}{𝑚_{𝑠}\:𝑁_{𝑟}}}$$

其中:

  • ms 是定子相數

  • Nr 是轉子極數。

如果Ns 是定子極數,則變磁阻步進電機的步進角也可以表示為:

$$\mathrm{步進角,\:α =\frac{(𝑁_{𝑠} − 𝑁_{𝑟} ) \times 360°}{𝑁_{𝑠}\:𝑁_{𝑟}}}$$

透過按 A、A+B、B、B+C、C、C+D、D、D+A、A 的順序激勵相位,可以將變磁阻步進電機的步進角從 90° 降低到 45°。這裡 (A+B) 表示相位 A 和 B 一起激勵,因此產生的定子磁場將在攜帶相位繞組 A 和 B 的磁極之間,即產生的磁場軸線與磁極 A 的軸線順時針方向成 45° 角。

因此,當激勵相位 A 時,轉子與相位 A 的軸線對齊。當相位 A 和 B 一起激勵時,轉子順時針方向移動 45°。因此,這種從一個相位到另一個相位逐步轉移激勵的方法稱為微步。**微步**用於實現更小的步進。為了獲得更小的步進角值,使用更多數量的定子磁極和轉子齒。

更新於:2021年9月24日

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