步進(jìn)電機(jī)的類型和接線

1、步進(jìn)電機(jī)的類型和接線 對(duì)于業(yè)余愛好者來說，最容易得到的步進(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?yàn)槊總€(gè)繞組中電流僅沿一個(gè)方向流 動(dòng)。它也被稱為兩線步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗缓袃蓚€(gè)線圈。兩個(gè)線圈的極性相 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(gè)

2、繞組，每 個(gè)繞組分別有一個(gè)中間抽頭引線。但是如何分辨這些引線呢?請(qǐng)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(shí)際 上很簡(jiǎn)單的考察。圖 1給出了 5 線步進(jìn)電機(jī)的基本 為了找出正確的引線順序并使電機(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 引線步進(jìn)電機(jī) ）。備好記號(hào)筆來標(biāo)注引線以便分辨它們。按以下步驟 操作： 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(cè)量值都相 同。 將此線連接到電池的V+。5V或6V就足夠測(cè)試用了。 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

3、斷電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)。 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(dòng)?，F(xiàn)在步進(jìn)電機(jī)被鎖定在相 1 的位置上。如圖 2 所示。 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。 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。 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(dòng)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(shí)最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)

4、電機(jī)通?？雌饋硐袷莾蓚€(gè)單段式電機(jī)疊放在一起，每個(gè)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(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(duì)繞 組的公共線。只要保持繞組對(duì)的兩根引線對(duì)應(yīng)一致，它們的順序并無關(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 線步進(jìn)電機(jī)，可以按以下步驟確定繞組對(duì)的引線： 使用數(shù)字萬用表找出每對(duì)繞組的公共端。 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

5、4）。 在每一對(duì)繞組中，哪條引線 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(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。最后，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

6、 1530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?yàn)槊總€(gè)繞組都可以兩個(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?yàn)榫哂袃蓚€(gè)分離的線 圈。 雙極性步進(jìn)電機(jī)有四根引線，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 間抽頭的單一線圈 ）中的場(chǎng)強(qiáng)是單極

7、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 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)字萬用表來查找兩個(gè)繞組。如果在某兩根引線之間 能夠測(cè)量到阻值，那么這兩根引線之間就屬于一個(gè)繞組，其他兩根線之間是另 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 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

8、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+”，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(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 管開關(guān)。做到在控

9、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(shí)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(cè)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(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)字萬用表。請(qǐng)遵循以下步驟進(jìn)行： 首先，使用數(shù)字萬用表的歐姆檔找出 4 個(gè)引線對(duì)，從而確定 4 個(gè)繞組。 選擇兩個(gè)繞組，并各

10、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(gè)表筆連接到正在測(cè)量的兩個(gè)繞組的末端。 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(yàn)證前面的 假設(shè)。 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(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： 單極性、雙極性 xx 和雙極性 xx。 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 頻率無法較高，是因?yàn)榇?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?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 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(shí)上，可以通過忽略兩條公共繞組的連接， 將一個(gè)