步進(jìn)電機(jī)控制工作原理

步進(jìn)電機(jī)的名稱(chēng)
步進(jìn)電機(jī)(stepping motor),步進(jìn)電機(jī)(step motor)，或者是脈沖電機(jī)(pulse motor)，其它的如(stepper motor)等……有著各式各樣的稱(chēng)呼方式，這些用日本話(huà)來(lái)表示的時(shí)候，就成為階動(dòng)電動(dòng)機(jī)，還有，階動(dòng)就是一步一步階段動(dòng)作的意思，這各用另外一種語(yǔ)言來(lái)表示時(shí)，就是成為步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的意思，總之，就是輸入一個(gè)脈沖就會(huì)有一定的轉(zhuǎn)角，分配轉(zhuǎn)軸變位的電動(dòng)機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)簡(jiǎn)介：

步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€(xiàn)位移的開(kāi)環(huán)控制組件。

在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。

這一線(xiàn)性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無(wú)累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來(lái)控制變的非常的簡(jiǎn)單。

單相步進(jìn)電機(jī)有單路電脈沖驅(qū)動(dòng)，輸出功率一般很小，其用途為微小功率驅(qū)動(dòng)。多相步進(jìn)電機(jī)有多相方波脈沖驅(qū)動(dòng)，用途很廣。使用多相步進(jìn)電機(jī)時(shí)，單路電脈沖信號(hào)可先通過(guò)脈沖分配器轉(zhuǎn)換為多相脈沖信號(hào)，在經(jīng)功率放大后分別送入步進(jìn)電機(jī)各項(xiàng)繞組。每輸入一個(gè)脈沖到脈沖分配器，電機(jī)各相的通電狀態(tài)就發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一定的角度（稱(chēng)為步距角）。正常情況下，步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)的總角度和輸入的脈沖數(shù)成正比；連續(xù)輸入一定頻率的脈沖時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速與輸入脈沖的頻率保持嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，不受電壓波動(dòng)和負(fù)載變化的影響。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。

步進(jìn)電機(jī)按旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)分兩大類(lèi)：1是圓型旋轉(zhuǎn)電機(jī)如下圖A2直線(xiàn)型電機(jī)，結(jié)構(gòu)就象一個(gè)圓型旋轉(zhuǎn)電機(jī)被展開(kāi)一樣，如下圖B

一，步進(jìn)電機(jī)的種類(lèi)現(xiàn)在，在市場(chǎng)上所出現(xiàn)的步進(jìn)電機(jī)有很多種類(lèi)，依照性能及使用目的等有各自不同的區(qū)分使用。
舉個(gè)例子，各自不同的區(qū)分使用有精密位置決定控制的混合型，或者是低價(jià)格想用簡(jiǎn)易控制系構(gòu)成的PM型，由于電機(jī)的磁氣構(gòu)造分類(lèi)，因此就性能上來(lái)說(shuō)就會(huì)有影響，其它的有依步進(jìn)電機(jī)的外觀形狀來(lái)分類(lèi)，也有由驅(qū)動(dòng)相數(shù)來(lái)分類(lèi)，和驅(qū)動(dòng)回路分類(lèi)等。
以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的材料可以分為三大類(lèi)。
〈1〉PM型步進(jìn)電機(jī):永久磁鐵型(permanent magnet type)
〈2〉VR型步進(jìn)電機(jī):可變磁阻型(variable erluctance type)
〈3〉HB型混合型步進(jìn)電機(jī)，復(fù)合型(hybrid type)
1，PM型
PM型步進(jìn)電機(jī)的原理構(gòu)造如圖1所示，轉(zhuǎn)子是永久磁鐵所構(gòu)成，更進(jìn)一步的往這個(gè)周?chē)渲昧藦?fù)數(shù)個(gè)的固定子。
在圖2.2.1上，轉(zhuǎn)子磁鐵為N、S一對(duì)，而它的固定子線(xiàn)圈由4個(gè)構(gòu)成，這些因?yàn)楹筒竭M(jìn)角有直接關(guān)系，所以如需要較微細(xì)的步進(jìn)角時(shí)，轉(zhuǎn)子磁鐵的極數(shù)和發(fā)生驅(qū)動(dòng)力的固定子線(xiàn)圈的數(shù)不能不對(duì)應(yīng)的增加，還有在圖1的構(gòu)造步進(jìn)角為90°。

圖1 PM型步進(jìn)電機(jī)的原理圖(2相單極)

而且，PM型的特征是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)子是永久磁鐵構(gòu)成的，所以就算在無(wú)激磁(固定子的任何線(xiàn)圈不通電時(shí))也需在一定程度上保持了轉(zhuǎn)矩的發(fā)生，因而，依照利用這種的性質(zhì)效果，可以構(gòu)成省能積形的系統(tǒng)。
這種的步進(jìn)電機(jī)，它的步進(jìn)角種類(lèi)很多，釤鈷系磁鐵的轉(zhuǎn)子是用在45°或者90°上，而且這些也可以用氟萊鐵(ferrite)磁鐵作為多極的充磁，有3.75°、11.25°、15°、18°、22.5°等豐富的種類(lèi)，但是從這些數(shù)字上看7.5°(轉(zhuǎn)48步進(jìn))是最為普及化的。

2，VR型
VR型步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造，如圖2所示，轉(zhuǎn)子是利用轉(zhuǎn)子的突極吸引所發(fā)生的轉(zhuǎn)力，因而VR型在無(wú)激磁的時(shí)候，并不發(fā)生保持轉(zhuǎn)矩。

圖2 VR型步進(jìn)電機(jī)的原理圖(2相單極)

主要的用途適用在比較大的轉(zhuǎn)矩上的工作機(jī)械，或者特殊使用的小型起動(dòng)機(jī)的上卷機(jī)械上。其它也有用在出力為1W以下的超小型電機(jī)上，總之，VR型的數(shù)量是非常少的，在步進(jìn)電機(jī)的全部生產(chǎn)量上只有數(shù)%程度而已。
還有，步進(jìn)角的種類(lèi)有15°、7.5°、也有1.8°，但是在數(shù)量上以1.5°步進(jìn)為最普及化。

3，HB混合型
混合型步進(jìn)電機(jī)，是由固定子磁(齒)極以及和它對(duì)向的轉(zhuǎn)子磁極所構(gòu)成的，更近一步的它的轉(zhuǎn)子有這多數(shù)的齒車(chē)狀，在這些上是由轉(zhuǎn)軸和在同方向被磁化的永久磁鐵所組合而成，還有在構(gòu)造上比前面的PM型以及VR型更復(fù)雜，基本上是可以考慮由VR型和PM型一體化的構(gòu)造。
hybrid type型有混合型的意思存在，這個(gè)剛好是VR型和PM型兩者組合的情況，所以就有如此的稱(chēng)呼。
一般上混合型，因具有高精度、高轉(zhuǎn)矩、微小步進(jìn)角和數(shù)個(gè)優(yōu)異的特征，所以剛開(kāi)始在OA關(guān)系，其它的分類(lèi)上也大幅的被使用，特別是在生產(chǎn)量上大半是使用在盤(pán)片記憶關(guān)系的磁頭轉(zhuǎn)送上。
還有，在步進(jìn)角上有0.9°、1.8°，其它的3.6°也有，比起其它的電機(jī)而言，具有極細(xì)的步進(jìn)角。
圖3為混合型步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造圖，在此，在固定子上側(cè)有8個(gè)激磁線(xiàn)圈部，更近一步的在磁極的先端上有復(fù)數(shù)的小齒(齒車(chē)狀突極)，這些是對(duì)于轉(zhuǎn)子側(cè)的齒車(chē)狀磁極，還有步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置。

圖3混合型步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造圖(2相單極)
二，步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)原理
關(guān)于步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)機(jī)械裝置，用簡(jiǎn)單的構(gòu)造圖簡(jiǎn)易說(shuō)明，在圖4
是為了要說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理的構(gòu)造圖，在固定架構(gòu)上有4個(gè)電磁鐵并列這，它的下方有一個(gè)可動(dòng)磁鐵對(duì)向這，而且，在磁鐵的下側(cè)上裝置了引導(dǎo)滾輪作直線(xiàn)狀的引導(dǎo)軸，沿這左、右移動(dòng)的構(gòu)造。

圖4直線(xiàn)型步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)原理

如此，在此對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的動(dòng)作順道追加說(shuō)明，現(xiàn)在，電磁鐵L1和可動(dòng)磁鐵Mg之間相互作用產(chǎn)生的磁氣吸引力，因而在這里場(chǎng)合，(a)部的位置滑動(dòng)部產(chǎn)生靜止作用，其次是電磁鐵L2激磁時(shí)，剛才的電磁鐵L1 OFF，由于如此可動(dòng)磁鐵就被吸引附在電磁鐵L2的位置上，就成為在(b)的位置上，更進(jìn)一步的在電磁鐵L3受激磁時(shí)，剛才的電磁鐵L2 OFF，由于如此可動(dòng)磁鐵就移動(dòng)至電磁鐵L3的位置為止，就成為在(c)的位置上。
以下，依照這各動(dòng)作而反復(fù)的操作，可動(dòng)磁鐵就會(huì)向箭頭方向移動(dòng)，因而，依照像這種動(dòng)作順次的操作下，可以實(shí)現(xiàn)出一種致動(dòng)器(在此為直線(xiàn)運(yùn)動(dòng))，還有，在此所使用的電磁鐵L1~L4，在任何可動(dòng)磁鐵(Mg)側(cè)上，都以產(chǎn)生N極的電流流通。
而且，在此所說(shuō)的構(gòu)造圖并不是只能有4個(gè)電磁鐵而已，在必要上也可增加它的對(duì)應(yīng)數(shù)。
圖4的電機(jī)為直線(xiàn)型運(yùn)動(dòng)，總之就是屬于線(xiàn)性步進(jìn)電機(jī)，因而，就如這樣并不能成為轉(zhuǎn)型的情況，如此，為了要成為轉(zhuǎn)型就必須下些功夫，圖5為了要使剛才線(xiàn)性型的構(gòu)造成為旋轉(zhuǎn)型的總結(jié)，所以它的驅(qū)動(dòng)原理在本質(zhì)上和剛才的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)型一樣。

圖5作為轉(zhuǎn)構(gòu)造的產(chǎn)品

三，步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)
〈1〉旋轉(zhuǎn)的角度和輸入的脈沖成正比，因此用開(kāi)回路控制即可達(dá)成高精確角度及高精度定位的要求。
〈2〉啟動(dòng)、停止、正反轉(zhuǎn)的應(yīng)答性良好,控制容易。
〈3〉每一步級(jí)的角度誤差小，而且沒(méi)有累積誤差。
〈4〉在可控制的范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速和脈沖的頻率成正比，所以變速范圍非常廣。
〈5〉靜止時(shí)，步進(jìn)電機(jī)有很高的保持轉(zhuǎn)距(holding torque)，可保持在停止的位置，不需使用煞車(chē)器即不會(huì)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
〈6〉在超低速有很高的轉(zhuǎn)距。
〈7〉可靠性高，不需保養(yǎng)，整各系統(tǒng)的價(jià)格低廉。
〈8〉高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)容易失步
〈9〉在某一頻率容易產(chǎn)生振動(dòng)或共振現(xiàn)象

四，選擇步進(jìn)電機(jī)的參數(shù)

引入轉(zhuǎn)矩(pull-in torque)
引入轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)馬達(dá)能夠與輸入訊號(hào)同步起動(dòng)、停止時(shí)的最大力矩，因此在引入轉(zhuǎn)矩以下的區(qū)域中馬達(dá)可以隨著輸入訊號(hào)做同步起動(dòng)、停止、以及正反轉(zhuǎn)，而此區(qū)域就稱(chēng)作自起動(dòng)區(qū)(start-stop region)。
最大自起動(dòng)轉(zhuǎn)矩(maximum starting torque)
最大自起動(dòng)轉(zhuǎn)矩是指當(dāng)起動(dòng)脈波率低于10pps時(shí)，步進(jìn)馬達(dá)能夠與輸入訊號(hào)同步起動(dòng)、停止的最大力矩。
最大自起動(dòng)頻率是指馬達(dá)在無(wú)負(fù)載（輸出轉(zhuǎn)矩為零）時(shí)最大的輸入脈波率，此時(shí)馬達(dá)可以瞬間停止、起動(dòng)。
脫出轉(zhuǎn)矩(pull-out torque)最大自起動(dòng)頻率(maximum starting pulserate)
脫出轉(zhuǎn)矩是指步進(jìn)馬達(dá)能夠與輸入訊號(hào)同步運(yùn)轉(zhuǎn)，但無(wú)法瞬間起動(dòng)、停止時(shí)的最大力矩，因此超過(guò)脫出轉(zhuǎn)矩則馬達(dá)無(wú)法運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)介于脫出轉(zhuǎn)矩以下與引入轉(zhuǎn)矩以上的區(qū)域則馬達(dá)無(wú)法瞬間起動(dòng)、停止，此區(qū)域稱(chēng)作扭轉(zhuǎn)區(qū)域(slew region)，若欲在扭轉(zhuǎn)區(qū)域中起動(dòng)、停止則必須先將馬達(dá)回復(fù)到自起動(dòng)區(qū)，否則會(huì)有失步現(xiàn)象的發(fā)生。
最大響應(yīng)頻率(maximum slewing pulse rate)
最大響應(yīng)頻率是指馬達(dá)在無(wú)負(fù)載（輸出轉(zhuǎn)矩為零）時(shí)最大的輸入脈波率，此時(shí)馬達(dá)無(wú)法瞬間停止、起動(dòng)。
保持轉(zhuǎn)矩(holding torque)
保持轉(zhuǎn)矩是指當(dāng)線(xiàn)圈激磁的情況下，轉(zhuǎn)子保持不動(dòng)時(shí)，外界負(fù)載改變轉(zhuǎn)子位置時(shí)所需施加的最大轉(zhuǎn)矩。
步進(jìn)馬達(dá)轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速之關(guān)系為指數(shù)式反比，也就是當(dāng)轉(zhuǎn)速越大時(shí)轉(zhuǎn)矩越小，相反的轉(zhuǎn)速越小則轉(zhuǎn)矩越大，這種現(xiàn)象是因?yàn)榧ご啪€(xiàn)圈可以視為電感與電阻的串聯(lián)電路，當(dāng)激磁時(shí)線(xiàn)圈的電流與電阻、電感的關(guān)系如下式所示：
(1)

其中時(shí)間常數(shù)。由式(1)可知線(xiàn)圈之激磁電流是隨時(shí)間而變，而輸出轉(zhuǎn)矩則與電流大小成正比，因此當(dāng)轉(zhuǎn)速慢時(shí)線(xiàn)圈電流有足夠的時(shí)間達(dá)到最大值，因此輸出轉(zhuǎn)矩較大；相同的，當(dāng)轉(zhuǎn)速提高時(shí)激磁訊號(hào)變換快速，使得線(xiàn)圈電流減弱造成輸出轉(zhuǎn)矩下降。

五，步進(jìn)電機(jī)術(shù)語(yǔ)：
*相數(shù)：產(chǎn)生不同對(duì)極N、S磁場(chǎng)的激磁線(xiàn)圈對(duì)數(shù)。常用m表示。
*步數(shù)：完成一個(gè)磁場(chǎng)周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示，或指電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機(jī)為例，有四相四步執(zhí)行方式即AB-BC-
*CD-DA-AB，四相八步執(zhí)行方式即A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。
*步距角：對(duì)應(yīng)一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角位移用θ表示。θ=360度（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J*執(zhí)行步數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機(jī)為例。四步執(zhí)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱(chēng)整步），八步執(zhí)行時(shí)步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱(chēng)半步）。
*定位轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在不通電狀態(tài)下，電機(jī)轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩（由磁場(chǎng)齒形的諧波以及機(jī)械誤差造成的）。
*靜轉(zhuǎn)矩：電機(jī)在額定靜態(tài)電作用下，電機(jī)不作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機(jī)體積（幾何尺寸）的標(biāo)準(zhǔn)，與驅(qū)動(dòng)電壓及驅(qū)動(dòng)電源等無(wú)關(guān)。雖然靜轉(zhuǎn)矩與電磁激磁安匝數(shù)成正比，與定齒轉(zhuǎn)子間的氣隙有關(guān)，但過(guò)分采用減小氣隙，增加激磁安匝來(lái)提高靜力矩是不可取的，這樣會(huì)造成電機(jī)的發(fā)熱及機(jī)械噪音。

六，步進(jìn)電機(jī)工作過(guò)程

脈沖信號(hào)的產(chǎn)生
脈沖信號(hào)一般由CPU或單片機(jī)產(chǎn)生的，一般脈沖信號(hào)的比例為0.3-0.4左右，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，比例則越大。
�微處理器
以四相步進(jìn)電機(jī)為例，四相電機(jī)工作方式有二種，四相四步為AB-BC-CD-DA；四相八步為AB-B-BC-C-CD-D-AB。
�功率放大
功率放大是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)最為重要的部分。步進(jìn)電機(jī)在一定轉(zhuǎn)速下的轉(zhuǎn)矩取決于步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)平均電流而非靜態(tài)電流（而樣本上的電流均為靜態(tài)電流）。平均電流越大電機(jī)力矩越大，要達(dá)到平均電流大這就需要驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)盡量克服電機(jī)的反電勢(shì)。因而不同的場(chǎng)合采取不同的驅(qū)動(dòng)方式，到目前為止，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式一般有以下幾種：恒壓、恒壓串電阻、高低壓驅(qū)動(dòng)、恒流、細(xì)分?jǐn)?shù)等。

圖6步進(jìn)電機(jī)控制流程圖

七，步進(jìn)電機(jī)之運(yùn)轉(zhuǎn)特性：

圖6的步進(jìn)電機(jī)控制流程圖中，步進(jìn)電機(jī)系由微電腦控制器所控制，當(dāng)控制信號(hào)自微電腦輸出后，隨即由驅(qū)動(dòng)器將信號(hào)放大，達(dá)到控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的目的，整個(gè)控制流程中并無(wú)利用到任何回饋信號(hào)，因此步進(jìn)電機(jī)的控制模式為典型的閉回路控制(Close loop control)。閉回路控制的優(yōu)點(diǎn)為控制系統(tǒng)簡(jiǎn)潔，無(wú)回饋信號(hào)因此不需傳感器成本較低，不過(guò)正由于步進(jìn)電機(jī)的控制為開(kāi)路控制，因此若電機(jī)發(fā)生失步或失速的情況時(shí)，無(wú)法立即利用傳感器將位置誤差傳回做修正補(bǔ)償，要解決類(lèi)似的問(wèn)題只能從了解步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性著手。

所謂失速是指當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)速度無(wú)法跟上定子激磁速度時(shí)，造成電機(jī)轉(zhuǎn)子停止轉(zhuǎn)動(dòng)。電機(jī)失速的現(xiàn)象各種電機(jī)都有發(fā)生的可能，在一般的電機(jī)應(yīng)用上，發(fā)生失速時(shí)往往會(huì)造成繞組線(xiàn)圈燒毀的后果，不過(guò)步進(jìn)電機(jī)發(fā)生失速時(shí)只會(huì)造成電機(jī)靜止，線(xiàn)圈雖然仍在激磁中，但由于是脈沖信號(hào)，因此不會(huì)燒毀線(xiàn)圈。
失速是指轉(zhuǎn)子完全跟不上激磁速度而完全靜止，失步的成因則是由于電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中瞬間提高轉(zhuǎn)速時(shí)，因輸出轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速成反比，故轉(zhuǎn)矩下降無(wú)法負(fù)荷外界負(fù)載，而造成小幅度的滑脫。失步的情況則只有步進(jìn)電機(jī)會(huì)發(fā)生，要防止失步可以依照步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速－轉(zhuǎn)矩曲線(xiàn)圖調(diào)配電機(jī)的加速度控制程序。圖7為步進(jìn)電機(jī)之特性曲線(xiàn)，圖中橫坐標(biāo)的速度是指每秒的脈沖數(shù)目(pulses per second)。與一般電機(jī)特性曲線(xiàn)最大的不同點(diǎn)是步進(jìn)電機(jī)有兩條特性曲線(xiàn)，同時(shí)步進(jìn)電機(jī)可以正常操作的范圍僅限于引入轉(zhuǎn)矩之間。圖7中所示之各個(gè)動(dòng)態(tài)特性將分別敘述如下：

圖7步進(jìn)電機(jī)特性曲線(xiàn)

八，步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)用由于步進(jìn)電機(jī)所使用的驅(qū)動(dòng)訊號(hào)為脈波訊號(hào)，因此以普通直流電源加在電機(jī)繞組時(shí)，電機(jī)是不會(huì)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的。此外，步進(jìn)電機(jī)的電源線(xiàn)最少有五條，其中一條為共接點(diǎn)，其余四條分別為A相、A+相、B相、B+四相的輸入點(diǎn)，有些步進(jìn)電機(jī)的電源線(xiàn)共有六條，其中兩條為共接點(diǎn)，將A相、A+相，與B相、B+四相的輸入點(diǎn)分成兩組。要分辨何者為共接點(diǎn)，何者為輸入點(diǎn)以及正、反轉(zhuǎn)的激磁順序，可以先用三用電表之奧姆檔量測(cè)線(xiàn)圈之電阻值，理論上各相的電阻值應(yīng)相等，找出共接點(diǎn)后再以低于額定電壓電流之直流電源一一測(cè)試，便可找出步進(jìn)電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的激磁順序。

九，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)原理

如圖1為四相(實(shí)際為2相）式步進(jìn)電機(jī)的基本構(gòu)造圖。中間轉(zhuǎn)子由永久磁鐵所構(gòu)成，左邊為N極，另一邊為S極。定子有四組線(xiàn)圈，分別為L(zhǎng)1、L2、L3及L4，各線(xiàn)圈的C端共接電源正極，另一端經(jīng)由開(kāi)關(guān)接在電源的負(fù)極，在看圖8。
當(dāng)我們把開(kāi)關(guān)S1按下，則線(xiàn)圈A通入電流，產(chǎn)生N極磁場(chǎng)，因?yàn)榇艌?chǎng)同性相斥、異性相吸，使轉(zhuǎn)子的S極被A極吸引過(guò)來(lái)。其次，放掉開(kāi)關(guān)S1，并且立刻按下開(kāi)關(guān)S2，則A極的磁場(chǎng)消失，B極產(chǎn)生磁場(chǎng)，把轉(zhuǎn)子的S極吸引過(guò)來(lái)，轉(zhuǎn)子隨著順時(shí)針?lè)较?0度。像這樣依次讓定子的四個(gè)極通入電流，就可以使轉(zhuǎn)子不停的旋轉(zhuǎn)。

圖8單極激磁等效驅(qū)動(dòng)電路

十，步進(jìn)馬達(dá)的激磁方式

步進(jìn)馬達(dá)依定子線(xiàn)圈的相數(shù)不同可分成二相、四相及五相式，小型步進(jìn)馬達(dá)以二相式較為普遍。

單極性型(unipolar)：定子磁極極性為同一方向，如可變磁阻式步進(jìn)馬達(dá)，磁極線(xiàn)圈只有一組，所加的激磁電流為固定方向，因此單極性步進(jìn)馬達(dá)所需的電源較簡(jiǎn)單。單極性驅(qū)動(dòng)電路使用四只晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的兩組相位，電機(jī)結(jié)構(gòu)則如圖9所示包含兩組帶有中間抽頭的線(xiàn)圈，整個(gè)電機(jī)共有六條線(xiàn)與外界連接-圖9。這類(lèi)電機(jī)有時(shí)又稱(chēng)為四相電機(jī)，但這種稱(chēng)呼容易令人區(qū)分不了又不正確，因?yàn)樗鋵?shí)只有兩個(gè)相位，精確的說(shuō)法應(yīng)是雙相位六線(xiàn)式步進(jìn)電機(jī)。六線(xiàn)式步進(jìn)電機(jī)雖又稱(chēng)為單極性步進(jìn)電機(jī)，實(shí)際上卻能同時(shí)使用單極性或雙極性驅(qū)動(dòng)電路。

雙極性型(bipolar)：定子磁極極性為兩個(gè)方向，如永久磁鐵式步進(jìn)馬達(dá)，其轉(zhuǎn)子的極性和定子磁極極性有交互變化的需要。單一激磁線(xiàn)圈時(shí)其激磁方向?yàn)檎?fù)交替變化，兩組磁極線(xiàn)圈時(shí)，一組正向激磁，另一組負(fù)向激磁，兩組交替變化，使定子磁極極性變化。以雙極方式運(yùn)用，其電源較為復(fù)雜。雙極性步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路則如圖2所示，它會(huì)使用八只晶體管來(lái)驅(qū)動(dòng)兩組相位。雙極性驅(qū)動(dòng)電路可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)四線(xiàn)式或六線(xiàn)式步進(jìn)電機(jī)，雖然四線(xiàn)式電機(jī)只能使用雙極性驅(qū)動(dòng)電路，它卻能大幅降低量產(chǎn)型應(yīng)用的成本。雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的晶體管數(shù)目是單極性驅(qū)動(dòng)電路的兩倍，其中四顆下端晶體管通常是由微控制器直接驅(qū)動(dòng)，上端晶體管則需要成本較高的上端驅(qū)動(dòng)電路。雙極性驅(qū)動(dòng)電路的晶體管只需承受電機(jī)電壓，所以它不像單極性驅(qū)動(dòng)電路一樣需要箝位電路。

圖10雙極性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路

二相步進(jìn)馬達(dá)的激磁方式有下列兩種:
(1).全步激磁
全步激磁方式又可分為1相激磁與2相激磁兩種方式，說(shuō)明如下:
1相激磁
每次只激磁一相線(xiàn)圈，每輸入一個(gè)脈波，便產(chǎn)生一步級(jí)的轉(zhuǎn)，如圖11所示，由圖中可知，當(dāng)激磁依A→B→A→B→A……相順序，則馬達(dá)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn);若依B→A→B→A→B……相順序激磁，則馬達(dá)依逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)。此種激磁方式之優(yōu)點(diǎn)為線(xiàn)圈消耗功率小，角精確度良好，但其轉(zhuǎn)距小，加上阻尼特性不良，易失步。

圖11

2相激磁
每輸入一個(gè)脈波，將有二相線(xiàn)圈激磁，如圖12所示，由圖中可知，若依AB→BA→AB→BA→AB……相順序激磁，則馬達(dá)順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn):若依BA→AB→BA→AB→BA……相順序激磁，則馬達(dá)轉(zhuǎn)向?yàn)槟鏁r(shí)針?lè)较?。此種激磁方式由于同時(shí)有兩組線(xiàn)圈激磁，輸出轉(zhuǎn)距較大，加上阻尼效果良好，故能追蹤較高的脈波率，但其缺點(diǎn)為耗電較大，容易發(fā)熱。

圖12

（2）半步激磁
此種激磁方式又稱(chēng)1-2相激磁，激磁一相線(xiàn)圈和二相線(xiàn)圈交互進(jìn)行，每加入一數(shù)字脈波所轉(zhuǎn)動(dòng)之角度為原步進(jìn)角的一半，因此分辨率可提高一倍，且運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)相當(dāng)平滑，故與2相激磁方式同受廣泛使用。圖13為二相步進(jìn)馬達(dá)采用1-2相激磁方式之時(shí)序圖，由圖中可知，若依照A→AB→B→BA→A→AB→B→BA→A→AB……相的順序激磁，則步進(jìn)馬達(dá)將以順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)；但如果依照BA→A→AB→B→BA→A→AB→B→BA……相順序激磁，則馬達(dá)逆時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)


圖13

圖14二相5線(xiàn)/6線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部接線(xiàn)圖

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