步进电机控制(步进电机控制器)

最近很多朋友都遇到了步进电机控制(步进电机控制器)的问题，今天小编就来为大家解答，快来看看吧。

步进电机控制(步进电机控制器)

电机将电能转化为机械能，步进电机是将电脉冲信号转化为角位移或线位移的开环控制元件。在非过载的情况下，电机的转速和停止位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，不受负载变化的影响，即电机加一个脉冲信号，电机转过一个步距角。这种线性关系的存在，加上步进电机只有周期误差，没有累积误差等特点。用步进电机控制速度和位置非常简单。

永磁步进电机包括永磁转子、线圈绕组和导磁定子。线圈绕组励磁会产生电磁场，电磁场分为北极和南极，如图1所示。定子产生的磁场使转子旋转以与定子磁场对齐。通过改变定子线圈的通电顺序，电机转子可以产生连续的旋转运动。

图2显示了两相电机的典型步进序列。第一步，两相定子的A相通电，其磁场因异性相吸而将转子固定在图示位置。当A相闭合且B相通电时，转子顺时针旋转90°。第3步，B相关，A相开，但极性与第1步相反，使转子再次旋转90°。第4步，A相关，B相开，极性与第2步相反。重复这一顺序会导致转子顺时针旋转90°的步进角。

图2所示的步骤序列称为“单相励磁”步骤。比较常用的步进方式是“两相励磁”，电机两相始终通电。然而，一次只能切换一个相位，如图3所示。当两相步进时，转子和定子之间的轴线对齐。由于两相始终通电，这种方法提供的扭矩比“单相通电”步骤多41.1%，但输入功率是后者的两倍。

半步步进电机也可以在转换相位之间插入闭合状态，行走“半步”。这将步进电机的整个步距角一分为二。例如，90°步进电机每半步移动45°，如图4所示。但与“两相通电”相比，半步通常会导致15% ~ 30%的转矩损失(取决于步率)。在交换半步的过程中，由于其中一个绕组没有通电，作用在转子上的电磁力很小，造成了转矩的净损失。

双极绕组

双相励磁引入了一种使用“双极线圈绕组”的方法，每相使用一个绕组，通过反转绕组中的电流来反转电磁极性。典型两相双极性驱动器的输出步骤在电气原理图和图5中的步骤序列中有进一步的阐述。如图所示，只需通过缠绕改变电流的方向，就可以改变组的极性。

单极绕组

另一种常见的绕组是单极绕组。一个电极上有两个绕组，这种连接方式是当一个绕组通电时，产生一个北极磁场；当另一个绕组通电时，就会产生南极磁场。因为从驱动器到线圈的电流不会反向，所以可以称为单极绕组。步骤顺序如图6所示。这种设计简化了电子驱动器。但是，与双极绕组相比，它的转矩要小30%左右，因为励磁线圈只用了一半。

根据通电顺序的不同，四相步进电机可分为单四拍、双四拍和八拍三种工作模式。单四拍和双四拍的步距角相同，但单四拍的转动力矩较小。八拍工作模式的步距角是单四拍工作模式和双四拍工作模式的一半，因此八拍工作模式既能保持较高的转矩，又能提高控制精度。

单四拍、双四拍和八拍工作模式的上电时序和波形分别如图2.a、B和C所示:

达林顿管驱动的四相步进电机实例:(两相步进电机多采用H桥驱动，如L298N、L293D芯片)

步进电机的类型及其鉴别:

对于业余爱好者来说，最容易买到的步进电机是单极(也称双线或四相)和双极(也称单线或两相)步进电机。

一、单极步进电机

这种步进电机被称为单极电机，因为每个绕组中的电流只向一个方向流动。它也被称为双线步进电机，因为它只包含两个线圈。两个极性相反的线圈缠绕在同一个铁芯上，具有相同的中间抽头。单极步进电机也称为四相步进电机，因为它有4个励磁绕组。单极步进电机有5或6个引线。

如果步进电机有五根引线，其中一根是公共线(接V+)，另外四根引线分别接电机的四相。如果步进电机有六个引线，则它是一个多级单极步进电机，有两个绕组，每个绕组有一个中间抽头引线。但是如何区分这些线索呢？请继续阅读以下内容。

1.区分5线单极步进电机连接器。

为了找到正确的引线顺序，使电机转动，你需要一块电池和一条胶带(当然，你还需要一个5引线的步进电机)。准备一支记号笔来标记导线，以便区分。请遵循以下步骤:

①用数字万用表找到公共线。其他引线和公共线之间的电阻测量值相同。将此线连接到电池的V+。测试用5V或6V就够了。

(2)将胶带贴在步进电机的输出铀上，并使其垂直于轴端突出成为符号。这个标志的作用是判断电机是否转动。

③挑出任何线索，称之为第一阶段。如果该电线接地，电机输出轴将轻微转动。现在步进电机被锁定在相位1的位置。

④用另一根导线接地，仔细观察输出轴上的胶带。如果输出轴稍微向右旋转，则该超前为相位2。如果输出轴稍微向左旋转，则该超前为相位4。如果输出轴不旋转，则该引线为相3。

2.区分6线单极步进电机连接器

这种单极步进电机在回收旧打印机电机时经常遇到。6线单极步进电机通常看起来像两个单段电机堆叠在一起，每个单段有三根导线引出。这个步进电机的引线很容易分辨。

区分6线制步进电机的引线顺序相当简单。如果它的结构是多级步进电机，引线的顺序其实已经给定了，用数字万用表就能找到每对绕组的公共线。只要绕组对的两根引线相互对应，它们的顺序就无关紧要，只影响电机的旋转方向。

如果不是多级6线步进电机，绕组对的引线可确定如下:

①用数字万用表找出每对绕组的公共端。

②按照上面的方法，可以找到两个绕组对，分开并做好标记。请将一对绕组标记为A和C(或1和3)，另一对标记为B和D(或2和4)。在每对绕组中，哪根引线是什么顺序并不重要，只要成对就行。

二、双极步进电机

双极步进电机之所以这样命名，是因为每个绕组都可以在两个方向上通电。因此，每个绕组既可以是N极也可以是S极。因为每一极只有一个绕组，所以又称为单绕组步进电机，因为它有两个独立的线圈，所以又称为两相步进电机。

双极步进电机有四条引线，每条绕组两条。与相同尺寸和重量的单极步进电机相比，双极步进电机具有更大的驱动能力，因为其磁极(无中间抽头的单线圈)中的场强是单极步进电机的两倍。双极步进电机的每个绕组都需要一个可逆电源，通常由H桥驱动电路提供。由于双极步进电机的输出转矩比单极步进电机大，所以在空间有限的设计中总是采用双极步进电机。这也是软驱的磁头步进机械系统一直采用双极步进电机的原因。

使用数字万用表找到这两个绕组非常简单。如果可以测量两根导线之间的电阻，那么这两根导线之间就有一个绕组，另外两根导线之间也有一个绕组。双极步进电机的步距通常为1.8，每周200步。