步进电机工作原理,原程,特性及应用简介 2010-01-28 22:48:41| 分类： 电工知识 | 标签： |字号大
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步进电机工作原理,原程,特性及应用简介

步进电机工作过程

脉冲信号的产生

脉冲信号一般由CPU或单片机产生的，一般脉冲信号的比例为0.3-0.4左右，电机转速越高，比例则越大。

?微处理器

以四相步进电机为例，四相电机工作方式有二种，四相四步为AB-BC-CD-DA；四相八步为AB-B-BC-C-CD-D-AB。

?功率放大

功率放大是步进电机驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。因而不同的场合采取不同的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分数等。





图 6 步进电机控制流程图

步进电机的特性



图6的步进电机控制流程图中，步进电机系由微电脑控制器所控制，当控制信号自微电脑输出后，随即由驱动器将信号放大，达到控制电机运转的目的，整个控制流程中并无利用到任何回馈信号，因此步进电机的控制模式为典型的闭回路控制(Close loop control)。闭回路控制的优点为控制系统简洁，无回馈信号因此不需传感器成本较低，不过正由于步进电机的控制为开路控制，因此若电机发生失步或失速的情况时，无法立即利用传感器将位置误差传回做修正补偿，要解决类似的问题只能从了解步进电机运转特性着手。

所谓失速是指当电机转子的旋转速度无法跟上定子激磁速度时，造成电机转子停止转动。电机失速的现象各种电机都有发生的可能，在一般的电机应用上，发生失速时往往会造成绕组线圈烧毁的后果，不过步进电机发生失速时只会造成电机静止，线圈虽然仍在激磁中，但由于是脉冲信号，因此不会烧毁线圈。

失速是指转子完全跟不上激磁速度而完全静止，失步的成因则是由于电机运转中瞬间提高转速时，因输出转矩与转速成反比，故转矩下降无法负荷外界负载，而造成小幅度的滑脱。失步的情况则只有步进电机会发生，要防止失步可以依照步进电机的转速－转矩曲线图调配电机的加速度控制程序。图7为步进电机之特性曲线，图中横坐标的速度是指每秒的脉冲数目(pulses per second)。与一 般电机特性曲线最大的不同点是步进电机有两条特性曲线，同时步进电机可以正常操作的范围仅限于引入转矩之间。图7中所示之各个动态特性将分别叙述如下：



图7 步进电机特性曲线

步进电机运转原理

如图1为四相(实际为2相）式步进电机的基本构造图。中间转子由永久磁铁所构成，左边为N极，另一边为S极。定子有四组线圈，分别为L1、L2、L3及L4，各线圈的C端共接电源正极，另一端经由开关接在电源的负极，在看图8。

当我们把开关S1按下，则线圈A通入电流，产生N极磁场，因为磁场同性相斥、异性相吸，使转子的S极被A极吸引过来。其次，放掉开关S1，并且立刻按下开关S2，则A极的磁场消失，B极产生磁场，把转子的S极吸引过来，转子随着顺时针方向90度。像这样依次让定子的四个极通入电流，就可以使转子不停的旋转。



图8 单极激磁等效驱动电路

步进电机的应用

由于步进电机所使用的驱动讯号为脉波讯号，因此以普通直流电源加在电机绕组时，电机是不会连续转动的。此外，步进电机的电源线最少有五条，其中一条为共接点，其余四条分别为A相、A+相、B相、B+四相的输入点，有些步进电机的电源线共有六条，其中两条为共接点，将A相、A+相，与B相、B+四相的输入点分成两组。要分辨何者为共接点，何者为输入点以及正、反转的激磁顺序，可以先用三用电表之奥姆档量测线圈之电阻值，理论上各相的电阻值应相等，找出共接点后再以低于额定电压电流之直流电源一一测试，便可找出步进电机正、反转的激磁顺序。