1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理

圖1三相無(wú)功步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖

1——定子2——轉(zhuǎn)子3——定子繞組{{page}}

圖1是最常見的三相無(wú)功步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的示意性剖視圖。電動(dòng)機(jī)的定子中有6個(gè)均勻分布的磁極，夾角為60o。每個(gè)極都覆蓋有一個(gè)線圈，并按照?qǐng)D1連接形成A，B和C三相繞組。轉(zhuǎn)子中均勻分布有40個(gè)小齒。因此，每個(gè)齒的齒距為θE=360o/40=9°，并且在定子的每個(gè)極的極弧中有5個(gè)小齒，并且定子和轉(zhuǎn)子的齒距和齒寬相同。由于定子和轉(zhuǎn)子的小齒數(shù)分別為30和40，因此該比率是分?jǐn)?shù)，導(dǎo)致所謂的齒數(shù)偏差。如圖1所示，當(dāng)A相極的小齒與轉(zhuǎn)子的小齒對(duì)齊時(shí)，B相和C相的極齒與轉(zhuǎn)子的齒偏移一個(gè)。這是一個(gè)3度的音高。因此，B極和C極下的磁阻大于A極下的磁阻。當(dāng)B相通電時(shí)，B相繞組會(huì)產(chǎn)生定子磁場(chǎng)，并且磁場(chǎng)線會(huì)穿過(guò)B相磁極，并嘗試以最小的阻力沿路徑閉合，從而使轉(zhuǎn)子隨動(dòng)旋轉(zhuǎn)。磁極B的齒與轉(zhuǎn)子的齒對(duì)齊，反作用轉(zhuǎn)矩（磁阻轉(zhuǎn)矩）直到轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)3o為止，磁極A和C下的齒偏離轉(zhuǎn)子齒。間距的1/3。然后停止B相繞組的通電，并轉(zhuǎn)換為C相繞組。同樣，轉(zhuǎn)子在反作用轉(zhuǎn)矩的作用下順時(shí)針旋轉(zhuǎn)3o。同樣，當(dāng)三相繞組按A→B→C→A的順序通電時(shí)，轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，每個(gè)傳導(dǎo)脈沖以規(guī)則的步長(zhǎng)旋轉(zhuǎn)3o。當(dāng)改變通電順序并按A→C→B→A的順序循環(huán)通電時(shí)，轉(zhuǎn)子將逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，同時(shí)每個(gè)通電脈沖有規(guī)律地旋轉(zhuǎn)3o。 之所以稱為單3位工作模式，是因?yàn)橐淮沃唤o單相繞組通電，然后根據(jù)這三種通電狀態(tài)周期性地通電。在單次3位操作中，步距角θb為30°。三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還具有兩種通電模式。即，按照AB→BC→CA→AB的順序進(jìn)行通電，即A→AB的單雙6位運(yùn)算。 →B→BC→C→CA→A是定期供電的方法。以6拍運(yùn)行可將步距角減半。響應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的步距角可以如下計(jì)算。

θb=360o/NEr（1）

公式中的Er——轉(zhuǎn)子齒數(shù)

N——跑步節(jié)拍，N=km，m是步進(jìn)電機(jī)的繞組相數(shù)，k=1或2。

2、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)方法

步進(jìn)電機(jī)不能直接連接到工頻交流或直流電源，但需要使用專用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，如圖2所示，它由脈沖發(fā)生控制裝置，電源驅(qū)動(dòng)器組成。單元，保護(hù)單元等在圖中，用虛線包圍的兩個(gè)設(shè)備可以由微型計(jì)算機(jī)控制。驅(qū)動(dòng)單元直接連接到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，并且也可以理解為此處簡(jiǎn)要介紹的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)微計(jì)算機(jī)控制器的電源接口。

圖2步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器

1.?單電壓功率驅(qū)動(dòng)接口

實(shí)際電路如圖3所示。電動(dòng)機(jī)繞組電路具有電阻器Rs，以減小電動(dòng)機(jī)電路的時(shí)間常數(shù)。電動(dòng)機(jī)可以在高頻下產(chǎn)生更大的電磁轉(zhuǎn)矩，并且可以減輕電動(dòng)機(jī)的低頻共振，但是這是另外發(fā)生的。傷亡。通常，在簡(jiǎn)單的單電壓驅(qū)動(dòng)電路中Rs是必不可少的。步進(jìn)電機(jī)單步響應(yīng)的Rs改善如圖3（b）所示。 {{Paging}}

圖3單電壓電源驅(qū)動(dòng)器界面和單步響應(yīng)曲線

圖4雙電壓電源驅(qū)動(dòng)器接口

2.雙電壓功率驅(qū)動(dòng)接口

雙電壓驅(qū)動(dòng)器的電源接口如圖4所示。雙電壓驅(qū)動(dòng)的基本概念是在低（低頻段）以低壓UL進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，而在高速（高頻段）以較高電壓UH進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。這種電源接口需要兩個(gè)控制信號(hào)。 Uh是高壓有效控制信號(hào)，U是脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)。在圖中，功率管TH和二極管DL構(gòu)成功率轉(zhuǎn)換電路。當(dāng)Uh為低時(shí)，TH截止，DL為正偏置，低壓UL為繞組供電。相反，當(dāng)Uh處于高電平時(shí)，TH導(dǎo)通，DL反向偏置，并且高壓UH為繞組供電。這種電路可以使電動(dòng)機(jī)在高頻范圍內(nèi)具有更大的輸出，并在停止靜態(tài)鎖定時(shí)降低了功耗。

3.高低壓功率驅(qū)動(dòng)接口

圖5高壓和低壓電源驅(qū)動(dòng)器接口

高壓和低壓電源驅(qū)動(dòng)器接口如圖5所示。高壓和低壓驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)思想是使用高壓UH電源來(lái)增加導(dǎo)電相繞組的電流前沿，而與電動(dòng)機(jī)的工作頻率無(wú)關(guān)，并且在該前沿之后，使用一個(gè)低電壓UL保持繞組電流。這種效果還改善了驅(qū)動(dòng)器的高頻性能，并消除了額外的損耗，因?yàn)椴恍枰獙㈦娮杵鱎串聯(lián)連接。高壓和低壓驅(qū)動(dòng)器電源接口還具有兩個(gè)輸入控制信號(hào)Uh和Ul，必須保持同步（如圖5所示），并且前沿同時(shí)跳躍。在圖中，高壓管VTH的導(dǎo)通時(shí)間t1不能太大或太小。如果太大，電動(dòng)機(jī)電流將過(guò)載，如果太小，動(dòng)態(tài)性能將不會(huì)得到很大改善。通常，它可以是1到3毫秒。 （當(dāng)該值等于電動(dòng)機(jī)的電氣時(shí)間常數(shù)時(shí)更合適。）{{Paging}}

4.斬波恒流功率驅(qū)動(dòng)接口

恒定電流驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)思想是將導(dǎo)電相繞組中的電流保持在固定值，而與鎖定，低頻或高頻操作無(wú)關(guān)。確保電動(dòng)機(jī)具有恒定的轉(zhuǎn)矩輸出特性。這是一種電源接口，您可以更經(jīng)常使用它并獲得更好的效果。圖6是斬波器恒流電源接口的示意圖。在圖中，R是用于電流采樣的小型電阻器，稱為采樣電阻器。如果電流不大，則由工作脈沖同時(shí)控制VT1和VT2，并且當(dāng)電流超過(guò)給定的恒定電流值時(shí)，VT2將被切斷，電源U將被切斷。由于電動(dòng)機(jī)繞組具有較大的電感，因此二極管VD續(xù)流以保持繞組電流，電動(dòng)機(jī)通過(guò)消耗電感的磁場(chǎng)能量來(lái)發(fā)電。此時(shí)，電流根據(jù)指數(shù)曲線減小，并且相同的電流采樣值減小。當(dāng)電流小于恒定電流值時(shí)，VT2接通，電源再次接通。重復(fù)地，電動(dòng)機(jī)繞組電流穩(wěn)定在由給定水平確定的值，從而形成小的鋸齒波，如圖6所示。

圖6切斷恒流電源驅(qū)動(dòng)器界面

斬波器恒流電源驅(qū)動(dòng)接口具有兩個(gè)輸入控制信號(hào)，其中u1是數(shù)字脈沖，u2是模擬信號(hào)。該電源接口的特點(diǎn)是高頻響應(yīng)大大改善，輸出特性接近恒定轉(zhuǎn)矩，消除了諧振現(xiàn)象，但電路更加復(fù)雜。相應(yīng)的集成電源模塊當(dāng)前可用。

5.升頻升壓功率驅(qū)動(dòng)接口

為了進(jìn)一步改善驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的高頻響應(yīng)，可以使用高頻升壓電源驅(qū)動(dòng)器接口。在此接口處提供給繞組的電壓與電動(dòng)機(jī)的工作頻率成線性關(guān)系。主回路實(shí)際上是一個(gè)開關(guān)穩(wěn)定電源，它使用變頻器將驅(qū)動(dòng)脈沖的頻率轉(zhuǎn)換為DC電平，DC使用該電平來(lái)控制組成該頻率的開關(guān)穩(wěn)定電源的輸入。反饋電源驅(qū)動(dòng)器接口。

6.集成功率驅(qū)動(dòng)接口

當(dāng)前，您可以從用于低功率步進(jìn)電機(jī)的各種集成功率驅(qū)動(dòng)接口電路中進(jìn)行選擇。

L298芯片被設(shè)計(jì)為接受標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平信號(hào)，并且是一種H橋驅(qū)動(dòng)器，可用于驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載。 H橋可以承受46V的電壓和高達(dá)2.5A的相電流。 L298的邏輯電路（或XQ298，SGS298）使用5V電源，功率放大器級(jí)使用5至46V電壓。下部的橋式發(fā)射極都單獨(dú)繪制以訪問(wèn)電流采樣電阻。 L298等采用工業(yè)級(jí)15引腳雙列直插小瓦封裝。內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖7所示。 H橋驅(qū)動(dòng)器的主要特征是它可以在正向和負(fù)向兩個(gè)方向上向電動(dòng)機(jī)繞組供電。 L298特別適合于驅(qū)動(dòng)兩相或四相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 {{Paging}}

圖7 L298框圖

類似于L298的電路是TER Company的3717，這是一個(gè)單H橋電路。 SGS的SG3635是單橋臂電路，IR的IR2130是三相橋電路，Allegro擁有A2916，A3953和其他低功耗驅(qū)動(dòng)器模塊。

圖8是具有恒定電流斬波功能的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，使用L297（專用于環(huán)形分配器的芯片）和L298。

圖8由專用芯片組成的步進(jìn)電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)