反应式步进电机工作原理

反应式步进电机工作原理比较简单，转子上均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。市场上一般以二、三、四、五相的反应式步进机居多。

好的，我们来详细解释一下反应式步进电机（也称为可变磁阻步进电机）的工作原理。

核心思想： 利用电磁铁产生的吸引力，驱动具有凸极的转子旋转，使其齿趋向于对齐定子被通电电磁极的齿，从而以特定的角度（步距角）精确转动。

基本结构：

定子： 由硅钢片叠压而成，内圆周上分布着多个凸出的“磁极”（称为齿或极靴）。每个磁极上都缠绕着线圈绕组。这些绕组按特定规律分成几组（称为相，常见的有三相、四相、五相等）。
转子： 同样由硅钢片叠压而成，外圆周上也有很多凸出的齿（转子齿）。转子没有永磁体，也没有励磁绕组，它只是一个有齿的铁芯。转子齿数通常与定子磁极数不相等。
气隙： 定子磁极表面与转子表面之间存在很小的间隙。

关键物理原理： 磁阻最小原理

磁性材料（如转子硅钢片）倾向于移动到使通过它的磁通量阻力（即磁阻）最小的位置。
对于定子和转子来说，当定子某个磁极通电产生磁场时，转子齿与这个通电的定子齿完全对齐时，磁路路径最短、气隙最小，磁阻达到最小。

工作过程（以最简单的三相反应式电机为例）：

初始位置： 假设转子的某几个齿（如图示位置）靠近定子A相磁极，但未完全对齐。所有绕组断电。
第一步（给A相通电）：
- 给A相绕组通电，在A相磁极中产生磁场。
- 根据磁阻最小原理，距离A相磁极最近的转子齿被强烈吸引。
- 转子会转动一个很小的角度，使得转子齿1和4完全对齐A相磁极1和4（即转到磁阻最小的位置）。此时，B相和C相磁极下的转子齿与定子齿是错位的（存在偏移角）。
- 这一步就完成了一个步进。假设此时步距角是30度。
第二步（给B相通电，断开A相）：
- 断开A相，同时给B相绕组通电。
- 此时，A相磁场消失，转子不再被“锁定”在对齐A相的位置。
- B相磁极（如图示位置，位于A相顺时针或逆时针30度处）通电，产生磁场。
- 根据磁阻最小原理，最靠近B相磁极的转子齿（比如原先在A相下错位的齿）会被吸引。
- 转子再次转动一个小角度（30度），使转子齿2和5（或其他位置的齿，取决于转子齿距）完全对齐B相磁极2和5。
第三步（给C相通电，断开B相）：
- 断开B相，同时给C相绕组通电。
- 转子会再次转动30度，使转子齿对齐C相磁极3和6（或其他对应齿）。
循环：
- 继续按顺序给A相、B相、C相（或C相、B相、A相，取决于转动方向）通电：A -> B -> C -> A -> ... （这种驱动方式称为单三拍运行）。
- 每次切换通电相，转子就转动一个步距角（这里是30度）。重复这个过程，转子就能连续步进旋转。
- 切换相序（如 A -> C -> B -> A ...）可以改变旋转方向。

重要概念和特点：

步距角： 电机每接收一个脉冲信号所转过的角度。它由定子极数（相数×每相极数）、转子齿数和通电相序决定。通常反应式电机的步距角比永磁式或混合式更大（例如7.5°, 15°, 30°很常见），但也更容易通过结构设计实现更小的步距角。
磁阻转矩： 转子转动的驱动力来源于定子电磁极对转子凸极的吸引力（试图减小磁阻），因此称为磁阻转矩。
相电流： 通常是单向脉冲电流（单极性驱动），不需要方向切换（与永磁式和混合式的双极性驱动不同）。
无磁性转子： 转子没有磁场，仅靠定子磁场吸引，使其在扭矩和功率密度上通常低于混合式步进电机。
定位转矩： 即使所有绕组都断电，由于定子和转子铁芯的剩磁以及齿槽效应，可能仍存在一个小的保持转矩（定位转矩），但通常比永磁式小得多。
分辨率： 可以通过增加定子极数和转子齿数来减小步距角，提高分辨率。
驱动方式：
- 单N拍： 每次只给一相通电 (如三相单三拍：A->B->C->A...)。优点是简单省电，缺点是转矩波动大，每步之间“停”的位置只有一相保持，稳定性稍差。
- 双N拍： 每次同时给相邻两相通电 (如三相双三拍：AB->BC->CA->AB...)。优点是转矩增大（约1.73倍单拍）、定位更稳定，缺点是功耗增加。
- N-2N拍（单双N拍混合）： 交替使用单相励磁和两相励磁 (如三相六拍：A->AB->B->BC->C->CA->A...)。步距角减半（本例中从30度变15度），运行更平稳，噪声小，转矩波动小，是常用模式。