在如今这个智能时代,步进电机因其特有的开环位置控制性能而被广泛应用。各设备在步进电机转动的过程中,对它输出力矩的平滑性有一定的要求。
转动的稳定性除了和步进电机的本体结构有关,也和步进电机的控制方式息息相关。
本文将介绍双极性步进电机及其结构和控制模式。
图1: 双极性步进电机的结构示意图
图2: 双极性步进电机的绕组原理图
图3: 转子结构示意图
图 4 展示了转子的侧面截面图。
图4:转子侧面截面图
永磁体的磁力线在电机本体内形成闭合。由于磁力线和磁阻效应,即使步进电机在不通电的情况下也有一定的锁定力矩(见图 4)。
转子上拥有 50 个齿,和定子齿轮相对起来,由于这样的齿数和相数结构,它拥有 1.8 度的步进角度(见图 5)。步进角度:电气周期完成 90 度,步进电机转子前进的机械角度。
图5: 1.8°步进角度结构示意图
图 6:双极性步进电机简化示意图
步进电机的定子和转子可以被看作都只有一个齿,这使步进电机的驱动方式不同于其他电机。这种方法叫做双全桥驱动,其中 A 相绕组接在第一个全桥驱动上, B 相绕组接在第二个全桥驱动上(见图 7)。
图 7:双全桥驱动电路图
双极性步进电机具有三种控制模式:单相步进、整步步进和半步步进(见表 1)。
表1: 步进模式表
单相步进
当 A 相和 B 相按照单相步进的模式依次通电的时候,定子磁场会相应地发生变化,转子也会由于极性吸引而转动。表 1 中详细描述了 A 相和 B 相 (AB) 的通电顺序和转子的转动位置。
单相步进过程具体包括三个步骤,如下所述:
当 A 通电的时候,驱动电流由 Q1 流向 Q4。此时定子 A 上端为 N,下端在 S,转子转到位置 8(见图 6)。
接下来,B 相通电,驱动电流由 Q5 流向 Q8。此时定子 B 左端为 S,右端为 N,转子转到位置 2(见图 6)。
接下来两个状态原理和上面类似,循环这一通电顺序,转子就开始转动起来。
图 8 显示了单相步进 AB 相的电流波形。
图 8:单相步进 AB 相电流波形图
图 9:整步步进 AB 相电流波形图
图 10:非循环半步模式
本文回顾了双极性步进电机的基本组件(定子和转子),以及三种主要的控制模式:单相步进、整步步进和半步步进。