*步進(jìn)電機(jī)的使用

阿勇

步進(jìn)電機(jī)的類(lèi)型和接線(xiàn)
對(duì)于業(yè)余愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，昀容易得到的步進(jìn)電機(jī)是單極性(又稱(chēng)雙線(xiàn)或 4相)和雙極性(又稱(chēng)單線(xiàn)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(chēng)為單極性是因?yàn)槊總€(gè)繞組中電流僅沿一個(gè)方向流動(dòng)。它也被稱(chēng)為兩線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗缓袃蓚€(gè)線(xiàn)圈。兩個(gè)線(xiàn)圈的極性相反，卷繞在同一鐵芯上，具有同一個(gè)中間抽頭。單極性步進(jìn)電機(jī)還被稱(chēng)為 4相步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗?4個(gè)激勵(lì)繞組。單極性步進(jìn)電機(jī)的引線(xiàn)有 5或 6根。
如果步進(jìn)電機(jī)的引線(xiàn)是 5根，那么其中一根是公共線(xiàn) (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(xiàn)是 6根，那么它是多段式單極性步進(jìn)電機(jī)有兩個(gè)繞組，每個(gè)繞組分別有一個(gè)中間抽頭引線(xiàn)。但是如何分辨這些引線(xiàn)呢?請(qǐng)繼續(xù)讀下述內(nèi)容。
1．分辨 5線(xiàn)單極性步進(jìn)電機(jī)接頭為了找出 5線(xiàn)單極性步進(jìn)電機(jī)各條引線(xiàn)的正確配置，事先需要做一番實(shí)際上很簡(jiǎn)單的考察。圖 1給出了 5線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的基本引線(xiàn)配置。
為了找出正確的引線(xiàn)順序并使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，需要一塊電池和一段膠帶(當(dāng)然也需要一個(gè) 5引線(xiàn)步進(jìn)電機(jī))。備好記號(hào)筆來(lái)標(biāo)注引線(xiàn)以便分辨它們。按以下步驟操作：
①用數(shù)字萬(wàn)用表找到公共線(xiàn)。其他引線(xiàn)與公共線(xiàn)之間的電阻測(cè)量值都相同。將此線(xiàn)連接到電池的 V+。5V或 6V就足夠測(cè)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(gè)標(biāo)志。此標(biāo)志的作用在于判斷電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)。

③任意挑出一條引線(xiàn)稱(chēng)之為相 1。若將此線(xiàn)接地，則電機(jī)輸出軸將做輕微的轉(zhuǎn)動(dòng)。現(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(xiàn)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(xiàn)是相 2。如圖 3所示。

⑤取另一根線(xiàn)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(xiàn)是相 4。如圖 4所示。

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


2．分辨 6線(xiàn)單極性步進(jìn)電機(jī)接頭
回收打印機(jī)舊電機(jī)時(shí)昀常遇到這種類(lèi)型的單極性步進(jìn)電機(jī)。6線(xiàn)單極性步進(jìn)電機(jī)通?？雌饋?lái)像是兩個(gè)單段式電機(jī)疊放在一起，每個(gè)單段有 3根線(xiàn)引出 (參見(jiàn)圖 6)。這種步進(jìn)電機(jī)的引線(xiàn)非常容易分辨。
分辨 6線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)引線(xiàn)順序的工作相當(dāng)簡(jiǎn)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(xiàn)的順序?qū)嶋H上已經(jīng)給出了，用數(shù)字萬(wàn)用表可以找出每對(duì)繞組的公共線(xiàn)。只要保持繞組對(duì)的兩根引線(xiàn)對(duì)應(yīng)一致，它們的順序并無(wú)關(guān)緊要，僅會(huì)影響電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向而已。
如果不是多段式的 6線(xiàn)步進(jìn)電機(jī)，可以按以下步驟確定繞組對(duì)的引線(xiàn)：
①使用數(shù)字萬(wàn)用表找出每對(duì)繞組的公共端。
②照上述方法能找出兩個(gè)繞組對(duì)，分隔它們并加以標(biāo)記。請(qǐng)將其中一個(gè)繞組對(duì)標(biāo)記為 A和 C(也可以是 1和 3)，另一個(gè)標(biāo)記為 B和 D(也可以是 2和 4)。在每一對(duì)繞組中，哪條引線(xiàn)是何順序并不重要，只要成對(duì)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(lái)用三種步進(jìn)方式：?jiǎn)闻?、雙拍、半拍方式。單拍步進(jìn)方式是指每次僅給一個(gè)繞組通電，結(jié)果導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并運(yùn)動(dòng)到轉(zhuǎn)子永磁體與具有相反極性的繞組對(duì)齊的位置。雙拍方式同時(shí)給兩個(gè)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(gè)通電繞組的中間位置點(diǎn)時(shí)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(guò)代價(jià)是需要花費(fèi)后者兩倍的能量，因?yàn)樗袃上嗬@組同時(shí)通電。昀后，半拍方式工作時(shí)則讓兩個(gè)繞組通電與單個(gè)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(jì)不同，在 15％——30％之間變化，不過(guò)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(guò)程。要使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，只需將通電過(guò)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?yàn)槊總€(gè)繞組都可以?xún)蓚€(gè)方向通電。因此每個(gè)繞組都既可以是 N極又可以是 S極。它又被稱(chēng)為單繞組步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)槊繕O只有單一的繞組，它還被稱(chēng)為兩相步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)榫哂袃蓚€(gè)分離的線(xiàn)圈。
雙極性步進(jìn)電機(jī)有四根引線(xiàn)，每個(gè)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(dòng)能力，原因在于其磁極 (不是中間抽頭的單一線(xiàn)圈)中的場(chǎng)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(gè)繞組需要一個(gè)可逆電源，通常由 H橋驅(qū)動(dòng)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(jì)中。這也是軟盤(pán)驅(qū)動(dòng)器的磁頭步進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單地使用數(shù)字萬(wàn)用表來(lái)查找兩個(gè)繞組。如果在某兩根引線(xiàn)之間能夠測(cè)量到阻值，那么這兩根引線(xiàn)之間就屬于一個(gè)繞組，其他兩根線(xiàn)之間是另外一個(gè)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(shí)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(dòng)方式的相似之處
如果讀者是聰明的，或者在實(shí)踐時(shí)很細(xì)心，也許就會(huì)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(dòng)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(xiàn)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(shuō)明控制單極性步進(jìn)電機(jī)的任何邏輯也可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)雙極性步進(jìn)電機(jī)。注意是邏輯，而非驅(qū)動(dòng)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(gè)簡(jiǎn)單的晶體管開(kāi)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(xiàn)。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(lèi)步進(jìn)電機(jī)的繞組時(shí)可能使用戶(hù)產(chǎn)生某些困惑，因?yàn)樾枰莆照_的繞組極性以及順序。通常，僅僅依靠觀察是無(wú)法確定繞組的極性的。幸運(yùn)的是，可以通過(guò)電子測(cè)量的方法來(lái)推斷它。
1．分辨通用步進(jìn)電機(jī)繞組的極性
為了測(cè)量和確定通用步進(jìn)電機(jī)的繞組極性，需要一個(gè)電源或電池組，以及一塊數(shù)字萬(wàn)用表。請(qǐng)遵循以下步驟進(jìn)行：
①首先，使用數(shù)字萬(wàn)用表的歐姆檔找出 4個(gè)引線(xiàn)對(duì)，從而確定 4個(gè)繞組。
②選擇兩個(gè)繞組，并各選一條引線(xiàn)相互短接。將數(shù)字萬(wàn)用表切換到 AC電壓的 20V檔，將數(shù)字萬(wàn)用表的兩個(gè)表筆連接到正在測(cè)量的兩個(gè)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(jiàn)圖 8)。如果萬(wàn)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(jiàn)圖 9)。切換到繞組的另一根引線(xiàn)并短接到另一繞組，以驗(yàn)證前面的假設(shè)。

④標(biāo)注引線(xiàn)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(hào)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：?jiǎn)螛O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(gè) 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(wú)法較
高，是因?yàn)榇?lián)繞組具有高的磁阻，因此電流無(wú)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?yàn)椴⒙?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(yǔ)
至今為止，讀者可能已看到了 6線(xiàn)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(shí)上，可以通過(guò)忽略?xún)蓷l公共繞組的連接，將一個(gè) 6線(xiàn)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(cè)試過(guò)，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(jià)格仍然比較昂貴，但幸運(yùn)的是，它們?cè)谂f貨市場(chǎng)上比較常見(jiàn)。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(shuō)明書(shū)，因?yàn)樗麄円膊恢?。如果知道，他們?dāng)然是會(huì)提供的。

SYLXW

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a113177570

好，今天又學(xué)習(xí)了，謝謝！

tyu0688

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gu95032

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