*步進(jìn)電機(jī)的使用

阿勇

步進(jìn)電機(jī)的類型和接線
對于業(yè)余愛好者來說，昀容易得到的步進(jìn)電機(jī)是單極性(又稱雙線或 4相)和雙極性(又稱單線或兩相)步進(jìn)電機(jī)。一、單極性步進(jìn)電機(jī)
這種步進(jìn)電機(jī)之所以稱為單極性是因為每個繞組中電流僅沿一個方向流動。它也被稱為兩線步進(jìn)電機(jī)，因為它只含有兩個線圈。兩個線圈的極性相反，卷繞在同一鐵芯上，具有同一個中間抽頭。單極性步進(jìn)電機(jī)還被稱為 4相步進(jìn)電機(jī)，因為它有 4個激勵繞組。單極性步進(jìn)電機(jī)的引線有 5或 6根。
如果步進(jìn)電機(jī)的引線是 5根，那么其中一根是公共線 (連接到 V+)，其他 4根分別連到電機(jī)的 4相。如果步進(jìn)電機(jī)的引線是 6根，那么它是多段式單極性步進(jìn)電機(jī)有兩個繞組，每個繞組分別有一個中間抽頭引線。但是如何分辨這些引線呢?請繼續(xù)讀下述內(nèi)容。
1．分辨 5線單極性步進(jìn)電機(jī)接頭為了找出 5線單極性步進(jìn)電機(jī)各條引線的正確配置，事先需要做一番實際上很簡單的考察。圖 1給出了 5線步進(jìn)電機(jī)的基本引線配置。
為了找出正確的引線順序并使電機(jī)轉(zhuǎn)動，需要一塊電池和一段膠帶(當(dāng)然也需要一個 5引線步進(jìn)電機(jī))。備好記號筆來標(biāo)注引線以便分辨它們。按以下步驟操作：
①用數(shù)字萬用表找到公共線。其他引線與公共線之間的電阻測量值都相同。將此線連接到電池的 V+。5V或 6V就足夠測試用了。
②膠帶粘貼到步進(jìn)電機(jī)的輸出鈾上，并使它垂直于軸端伸出成為一個標(biāo)志。此標(biāo)志的作用在于判斷電機(jī)是否轉(zhuǎn)動。

③任意挑出一條引線稱之為相 1。若將此線接地，則電機(jī)輸出軸將做輕微的轉(zhuǎn)動?，F(xiàn)在步進(jìn)電機(jī)被鎖定在相 1的位置上。如圖 2所示。

④取另一根引線并將其接地，仔細(xì)觀察輸出軸上的膠帶。如果輸出軸向右輕微地旋轉(zhuǎn)，那么此根引線是相 2。如圖 3所示。

⑤取另一根線并將其接地，仔細(xì)觀察輸出軸上的膠帶。如果輸出軸向左輕微地旋轉(zhuǎn)，那么此根引線是相 4。如圖 4所示。

⑥再取另一根線并將其接地，仔細(xì)觀察輸出軸上膠帶的運(yùn)動狀態(tài)。如果輸出軸不旋轉(zhuǎn)，那么此根引線就是相 3。如圖 5所示。


2．分辨 6線單極性步進(jìn)電機(jī)接頭
回收打印機(jī)舊電機(jī)時昀常遇到這種類型的單極性步進(jìn)電機(jī)。6線單極性步進(jìn)電機(jī)通?？雌饋硐袷莾蓚€單段式電機(jī)疊放在一起，每個單段有 3根線引出 (參見圖 6)。這種步進(jìn)電機(jī)的引線非常容易分辨。
分辨 6線步進(jìn)電機(jī)引線順序的工作相當(dāng)簡單。如果它的結(jié)構(gòu)形式是多段式步進(jìn)電機(jī)，那么引線的順序?qū)嶋H上已經(jīng)給出了，用數(shù)字萬用表可以找出每對繞組的公共線。只要保持繞組對的兩根引線對應(yīng)一致，它們的順序并無關(guān)緊要，僅會影響電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向而已。
如果不是多段式的 6線步進(jìn)電機(jī)，可以按以下步驟確定繞組對的引線：
①使用數(shù)字萬用表找出每對繞組的公共端。
②照上述方法能找出兩個繞組對，分隔它們并加以標(biāo)記。請將其中一個繞組對標(biāo)記為 A和 C(也可以是 1和 3)，另一個標(biāo)記為 B和 D(也可以是 2和 4)。在每一對繞組中，哪條引線是何順序并不重要，只要成對就足夠了。二、單極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式
單極性步進(jìn)電機(jī)可以來用三種步進(jìn)方式：單拍、雙拍、半拍方式。單拍步進(jìn)方式是指每次僅給一個繞組通電，結(jié)果導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并運(yùn)動到轉(zhuǎn)子永磁體與具有相反極性的繞組對齊的位置。雙拍方式同時給兩個繞組通電，這樣就導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并在永磁體到達(dá)兩個通電繞組的中間位置點(diǎn)時平衡。雙拍方式的優(yōu)點(diǎn)是比單拍方式多獲得 41.4％的輸出力矩，不過代價是需要花費(fèi)后者兩倍的能量，因為它有兩相繞組同時通電。昀后，半拍方式工作時則讓兩個繞組通電與單個繞組通電方式交替地進(jìn)行。半拍方式的輸出力矩比雙拍方式小，隨設(shè)計不同，在 15％——30％之間變化，不過它可以獲得雙拍方式兩倍的步進(jìn)分辨率 (每周兩倍的步數(shù))。
表 1到表 3給出了在這三種步進(jìn)方式下繞組通電的過程。要使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，只需將通電過程反向即可。三、雙極性步進(jìn)電機(jī)
雙極性步進(jìn)電機(jī)之所以如此命名，是因為每個繞組都可以兩個方向通電。因此每個繞組都既可以是 N極又可以是 S極。它又被稱為單繞組步進(jìn)電機(jī)，因為每極只有單一的繞組，它還被稱為兩相步進(jìn)電機(jī)，因為具有兩個分離的線圈。
雙極性步進(jìn)電機(jī)有四根引線，每個繞組兩條。與同樣尺寸和重量的單極性步進(jìn)電極相比，雙極性步進(jìn)電機(jī)具有更大的驅(qū)動能力，原因在于其磁極 (不是中間抽頭的單一線圈)中的場強(qiáng)是單極性步進(jìn)電機(jī)的兩倍。雙極性步進(jìn)電機(jī)的每個繞組需要一個可逆電源，通常由 H橋驅(qū)動電路提供。由于雙極性步進(jìn)電機(jī)比單極性步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩大，因此總是應(yīng)用于空間有限的設(shè)計中。這也是軟盤驅(qū)動器的磁頭步進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)的驅(qū)動之所以總是采用雙極性步進(jìn)電機(jī)的原因。
可以相當(dāng)簡單地使用數(shù)字萬用表來查找兩個繞組。如果在某兩根引線之間能夠測量到阻值，那么這兩根引線之間就屬于一個繞組，其他兩根線之間是另外一個繞組。雙極性步進(jìn)電機(jī)的步距通常是 1.8°，也就是每周 200步。四、雙極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式
雙極性步進(jìn)電機(jī)具有和單極性步進(jìn)電機(jī)相同的步進(jìn)方式，僅僅由于繞組配置的不同，在實現(xiàn)上存在一些差別。雙極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式如表 4到表 6所示。五、步進(jìn)驅(qū)動方式的相似之處
如果讀者是聰明的，或者在實踐時很細(xì)心，也許就會注意到單極性步進(jìn)電機(jī)和雙極性步進(jìn)電機(jī)在步進(jìn)驅(qū)動方式上是極其相似的。以前面介紹的單極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式表格為例，交換列 B和列 C的位置，將所有的“通”替換為“ +”，然后在與狀態(tài)為“ +”的引線同一繞組的另一列中補(bǔ)上“ -”，就將看到和上面雙極性步進(jìn)電機(jī)同樣格式的表格，只是電機(jī)的轉(zhuǎn)向相反。這說明控制單極性步進(jìn)電機(jī)的任何邏輯也可以用來驅(qū)動雙極性步進(jìn)電機(jī)。注意是邏輯，而非驅(qū)動電路。雙極性步進(jìn)電機(jī)的繞組需要 H橋電路，而單極性步進(jìn)電機(jī)僅僅需要一個簡單的晶體管開關(guān)。做到在控制單極性步進(jìn)電機(jī)和雙極性步進(jìn)電機(jī)之間切換，惟一需要的變化是交換 B和 C的邏輯輸出。六、通用步進(jìn)電機(jī)
如圖 7所示，通用步進(jìn)電機(jī)有 8根引線。它既可配置為單極性也可配置為雙極性步進(jìn)電機(jī)。在分辨這類步進(jìn)電機(jī)的繞組時可能使用戶產(chǎn)生某些困惑，因為需要掌握正確的繞組極性以及順序。通常，僅僅依靠觀察是無法確定繞組的極性的。幸運(yùn)的是，可以通過電子測量的方法來推斷它。
1．分辨通用步進(jìn)電機(jī)繞組的極性
為了測量和確定通用步進(jìn)電機(jī)的繞組極性，需要一個電源或電池組，以及一塊數(shù)字萬用表。請遵循以下步驟進(jìn)行：
①首先，使用數(shù)字萬用表的歐姆檔找出 4個引線對，從而確定 4個繞組。
②選擇兩個繞組，并各選一條引線相互短接。將數(shù)字萬用表切換到 AC電壓的 20V檔，將數(shù)字萬用表的兩個表筆連接到正在測量的兩個繞組的末端。

③轉(zhuǎn)電機(jī)軸，如果得到 2V左右的電壓讀數(shù)，那么就找到了同一組的繞組，也就確定了它們的極性(參見圖 8)。如果萬用表的讀數(shù)是 0V，同樣也確定了繞組的極性，它們的極性相

反(參見圖 9)。切換到繞組的另一根引線并短接到另一繞組，以驗證前面的假設(shè)。

④標(biāo)注引線以指示繞組的極性。至于哪一端定為上述圖示中所標(biāo)示的記號黑點(diǎn)端并不重要，只要你知道如何分組即可。


2．配置通用步進(jìn)電機(jī)極性的方法這一小節(jié)講述配置通用步進(jìn)電機(jī)極性的三種方式：單極性、雙極性串聯(lián)和雙極性并聯(lián)。圖 10所示的配置模擬了一個 6繞組的單極性步進(jìn)電機(jī)。圖 11所示的雙極性配置可以以較低的工作頻率傳遞較高的力矩。它的工作頻率無法較
高，是因為串聯(lián)繞組具有高的磁阻，因此電流無法快速達(dá)到峰值。
圖 12所示的雙極性并聯(lián)配置步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩小于雙極性串聯(lián)配置，但是它具有更高的工作頻率，因為并聯(lián)繞組配置具有低磁阻，電流可以快速達(dá)到峰值。七、有關(guān)步進(jìn)電機(jī)極性配置的結(jié)束語
至今為止，讀者可能已看到了 6線單極性步進(jìn)電機(jī)和串聯(lián)配置的通用步進(jìn)電機(jī)之間的令人驚異的相同點(diǎn)。事實上，可以通過忽略兩條公共繞組的連接，將一個 6線單極性步進(jìn)電機(jī)用作雙極性步進(jìn)電機(jī)。作者已經(jīng)測試過，并且工作狀態(tài)良好。八、如何獲得步進(jìn)電機(jī)
如今步進(jìn)電機(jī)的價格仍然比較昂貴，但幸運(yùn)的是，它們在舊貨市場上比較常見。幾乎在每一家舊貨商店中都有剩余步進(jìn)電機(jī)處理出售。麻煩的是，很少有商店能向顧客提供步進(jìn)電機(jī)的規(guī)格性能說明書，因為他們也不知道。如果知道，他們當(dāng)然是會提供的。

SYLXW

謝謝分享.

a113177570

好，今天又學(xué)習(xí)了，謝謝！

tyu0688

謝謝分享

gu95032

感謝分享