[科普中国]-定子相数

所谓“相数”，就是线圈组数。二、三、四、五相步进电机分别对应有2、3、4、5组线圈。这 N 个绕组要均匀地镶嵌在定子上，因此定子的磁极数必定是 N 的整数倍，因此，转子转一圈的步数应该是 N 的整数倍。步进电机外部的接线和定子相数没有必然的联系。是根据实际运用的需要来决定的。

简介当步进电机切换一次定子绕组的激磁电流时，转子就旋转一个固定角度即步距角。步距角一般由切换的相电流产生的旋转力矩得到，所以需要每相极数是偶数。步进电机通常都为两相以上的，当然也有一些特殊的只有一个线圈的单相步进电机。虽说单相，实为一个线圈产生的磁通方向交互反转而驱动转子转动。实用的步进电机的相数有单相、两相、三相、四相、五相。现在使用的步进电机大部分用永磁转子。普遍使用永久磁铁的原因是效率高，分辨率高等优点。

相数与特性现以两相与三相步进电机为例详细说明步进电机的相数与特性的关系。相数与特性综合概述为：

高分辨率根据式θs=180°/PNr，步距角为180/PNr，故相数P越大，角分辨率越高。提高分辨率，可以提高定位控制精度，改善低速失步，使多相控制成为可能，并且可以改善阻尼（改善制动性能，减小停止时的超调量和制动时间）。

低振动两相和三相步进电机的转矩波动，相数愈多，换相的两相绕组动态转矩曲线的交点转矩值Tg与最大静态转矩Th的相对误差愈小。Tg为电机所带负载转矩的下限值，（Th— Tg）/Th为转矩波动的相对误差，相数越多，此值越小，对降低振动越有利。亦即，相数越多，电机产生的转矩波动幅值越小，频率越高，产生的振动越小。

高转速多相步进电机的优点是能高速响应。步进电机为同步电机，绕组电流频率与转子速度成正比例，若电机高速运转，则绕组电流角频率ω增加，使绕组电感L产生的电抗ωL加大，从而降低电流，致使转矩下降。

单相步进电机单相步进电机是在一个线圈骨架上缠绕环形线圈，给它通以正负交变的电流，每切换一次电流就按固定方向走一步。由于转子磁路所通过的磁导（磁阻的倒数，表示磁通流过的容易程度）变大为其转动方向，故单相步进电机只能按一个方向运动。为使转动方向确定，磁导采取了多种措施，例如使定子磁极宽于转子,定子与转子之间的工作气隙不均匀，转动方向为磁阻小的方向。单相步进电机的电磁转矩只在定子电流变换时产生，故其平均转矩比两相以上的电机要小得多，响应脉冲频率也在100pps以下，故其用途受到很大限制，只能在响应脉冲频率比较低的轻载下运行。例如时钟、车用计时器（发动机计时器）、水表计数器等1。

两相步进电机两相步进电机最简单的构成为Nr=1的情况。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流动（此种驱动方式称为双极性驱动），A相与B相电流的相位相差90°，两相绕组中矩形波电流交替流过。即两相电机的定子，在Nr=1时，空间相差90°,时间上电流相差90°相位差，电流与普通的同步电机相似，在定子上产生旋转磁场，转子被旋转磁场吸引，随旋转磁场同步旋转1。

三相步进电机转子不采用永久磁铁的步进电机（VR型或反应式或变磁阻式）很早就在三相步进电机上得到应用。1986年日本伺服公司开发了转子为永久磁铁、定子磁极带有齿的步进电机(在后面会详细介绍磁极齿的设计原理），定、转子齿距的配合，可以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。

转子不采用永久磁铁的步进电机(VR型或反应式或变磁阻式）很早就在三相步进电机上得到应用。1986年日本伺服公司开发了转子为永久磁铁、定子磁极带有齿的步进电机(在后面会详细介绍磁极齿的设计原理），定、转子齿距的配合，可以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1。

本词条内容贡献者为:

黎明 - 副教授 - 西南大学