一文解析三相步進電機與兩相步進電機得差距在哪里

眾所周知，步進電機主要是依相數來做分類的，通常我們常見的有四相、二相、三相等幾類。所以本文小編主要介紹三相步進電機與兩相步進電機得差距在哪里，首先介紹的是它們之間的區別，其次闡述了三相步進電機與兩相步進電機步距角之間的差距，具體的跟隨小編來詳細了解一下。

三相步進電機與兩相步進電機的區別

1、電機的相數

是指電機內部的線圈數不同，兩相步進電機電機內部是由2個線圈組成，而三相步進電機內部是由3個線圈。

2、電機的步距角

是指電機每走一步的角度，一般市面上二相電機的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°。

3、電機的尺寸

三相的電機一般是大電機，所以尺寸方面一般會比兩相的電機大，這也決定了三相步進電機比兩相的運行起來平穩性更好。

4、力矩

二相的電機的力矩相同尺寸會比三相的力矩稍微大些。

5、精度

兩相步進電機驅動器的細分功能越來越強大，兩相的同樣可以達到三相所能達到的精度。

三相步進電機的高速性能好（特性較硬），要比兩相步進電機的步距角小，精度更好。由于扭力隨速度升高下降得較慢，所以通常用于精度要求高的場合。

三相步進電機與兩相步進電機步距角詳解

1、決定步距角的因素

步進電機分辨率（一圈的步數，360°除以步距角）越高，位置精度越高。為了得到高分辨率，設計的極數要多。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，假設極對數為1。此處確定轉子為永久磁鐵的步進電機的步距角θs由下式表示，其中Nr為轉子極對數，P為定子相數，（本課后面敘述的HB型步進電機Nr為轉子齒數）：

上式的物理含義如下：

轉子旋轉一周的機械角度為360。，如用極數2Nr去除，相當于一個極所占的機械角度即180°/Nr。這就是說，一個極的機械角度用定子相數去分割就得到步距角，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，因此要提高步進電機的分辨率，就要增加轉子極對數或采用定子相數P較多的多相式方法。而Nr的增加受到機械加工的限制，所以要制造高分辨率的步進電機需要兩種方法并用才行。

2、兩相步進電機

兩相步進電機最簡單的構成為Nr=1的情況，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流動（此種驅動方式稱為雙極性驅動），A相與B相電流的相位相差90°，兩相繞組中矩形波電流交替流過。

即兩相電機的定子，在Nr=1時，空間相差90°，時間上電流相差90°相位差，電流與普通的同步電機相似，在定子上產生旋轉磁場，轉子被旋轉磁場吸引，隨旋轉磁場同步旋轉。

上圖表示兩相步進電機的結構（PM型）及其運行原理，從圖（a）到圖（b）順時針旋轉90°，依次圖（c）、（d）均旋轉90°，依次不斷運轉成為連續旋轉。

以上圖為例，假如A相有兩個線圈，單向電流交替流過兩個線圈，也可產生相反的磁通方向，此方式稱為單極（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面的課程中詳細介紹。單極型線圈可以取代上圖所示雙極型線圈，運行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，此時其轉子極對數、齒數Nr，以及步距角θs均與雙極型線圈相同。本課程兩相電機的定義符合式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只有1/2，則電機為四相電機，在此特別提請注意。

兩相步進電機現在應用廣泛，實際電機的構造比圖（PM雙極型兩相步進電機結構與運行原理）復雜，定子除采用疊片外，還有爪極結構，但基本原理可參考圖（PM雙極型兩相步進電機結構與運行原理），圖中所示的轉子被稱為PM型（永久磁鐵或永磁式）轉子，磁性圓柱的外表面形成轉子磁極。

3、三相步進電機

轉子不采用永久磁鐵的步進電機（VR型或反應式或變磁阻式）很早就在三相步進電機上得到應用。1986年日本伺服公司開發了轉子為永久磁鐵、定子磁極帶有齒的步進電機（在后面會詳細介紹磁極齒的設計原理），定、轉子齒距的配合，可以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。

轉子不采用永久磁鐵的步進電機（VR型或反應式或變磁阻式）很早就在三相步進電機上得到應用。1986年日本伺服公司開發了轉子為永久磁鐵、定子磁極帶有齒的步進電機（在后面會詳細介紹磁極齒的設計原理），定、轉子齒距的配合，可以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，其中忽略了轉子結構圖。假設轉子均為PM型或HB型，并且依據定子為兩相、三相、五相等配備相應的轉子。定子采用不產生不平衡電磁力（在后面會詳細介紹，轉子徑向吸引力的和不能完全互相抵消，產生剩余徑向力）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，結構上會產生不平衡電磁力，除特殊用途外不會使用上述結構。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，為最簡單的結構。

另一方面，如雙極型（Bi-polar）線圈所使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，三相則由于繞組采用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單，其兩者的制造成本最低。

從定子相數的奇偶數來看，奇數情況下驅動電路中切換功率管的數量要比偶數情況下少，例如三相步進電機要比兩相步進電機的驅動功率管數少。三相的驅動IC現在三權電氣公司、三洋電機公司、新電元工業公司等生產企業已經有售。三相步進電機與兩相步進電機比較，在相同的轉子齒數時，具有提高1.5倍分辨率、振動低等優點，所以使用數量會增加，價格會降低，希望其能成為一款系列化步進電機，其性能將在后面詳細介紹。

有關三相永磁式步進電機，除本課程外，以前還沒有系統介紹的文獻， 本課程將詳細介紹三相HB型步進電機（42mm及60mm），其驅動器的外形如下圖所示。