電機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號(hào)的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，即給電機(jī)加一個(gè)脈沖信號(hào)，電機(jī)則轉(zhuǎn)過一個(gè)步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進(jìn)電機(jī)只有周期性的誤差而無累積誤差等特點(diǎn)。使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進(jìn)電機(jī)來控制變的非常的簡(jiǎn)單。

 

 

 

永磁步進(jìn)電機(jī)包括一個(gè)永磁轉(zhuǎn)子、線圈繞組和導(dǎo)磁定子。激勵(lì)一個(gè)線圈繞組將產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)，分為北極和南極，見圖1所示。定子產(chǎn)生的磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)到與定子磁場(chǎng)對(duì)直。通過改變定子線圈的通電順序可使電機(jī)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生連續(xù)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

 

圖2顯示了一個(gè)兩相電機(jī)的典型的步進(jìn)順序。在第1步中，兩相定子的A相通電，因異性相吸，其磁場(chǎng)將轉(zhuǎn)子固定在圖示位置。當(dāng)A相關(guān)閉、B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°。在第3步中，B相關(guān)閉、A相通電，但極性與第1步相反，這促使轉(zhuǎn)子再次旋轉(zhuǎn)90°。在第4步中，A相關(guān)閉、B相通電，極性與第2步相反。重復(fù)該順序促使轉(zhuǎn)子按90°的步距角順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

 

 

 

圖2中顯示的步進(jìn)順序稱為“單相激勵(lì)”步進(jìn)。更常用的步進(jìn)方法是“雙相激勵(lì)”，其中電機(jī)的兩相一直通電。但是，一次只能轉(zhuǎn)換一相的極性，見圖3所示。兩相步進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)子與定子兩相之間的軸線處對(duì)直。由于兩相一直通電，本方法比“單相通電”步進(jìn)多提供了41.1%的力矩，但輸入功率卻為2倍。

 

 

 

半步步進(jìn)電機(jī)也可在轉(zhuǎn)換相位之間插入一個(gè)關(guān)閉狀態(tài)而走“半步”。這將步進(jìn)電機(jī)的整個(gè)步距角一分為二。例如，一個(gè)90°的步進(jìn)電機(jī)將每半步移動(dòng)45°，見圖4。但是，與“兩相通電”相比，半步進(jìn)通常導(dǎo)致15%～30%的力矩?fù)p失（取決于步進(jìn)速率）。在每交換半步的過程中，由于其中一個(gè)繞組沒有通電，所以作用在轉(zhuǎn)子上的電磁力要小，造成了力矩的凈損失。

 

 

 

雙極性繞組

 

雙相激勵(lì)介紹了利用一種“雙極性線圈繞組”的方法。每相用一個(gè)繞組，通過將繞組中電流反向，電磁極性被反向。典型的兩相雙極驅(qū)動(dòng)的輸出步驟在電氣原理圖和圖5中的步進(jìn)順序中進(jìn)一步闡述。按圖所示，轉(zhuǎn)換只利用繞組簡(jiǎn)單地改變電流的方向，就能改變?cè)摻M的極性。

 

 

 

單極性繞組

 

另一常用繞組是單極性繞組。其一個(gè)電極上有兩個(gè)繞組，這種聯(lián)接方式為當(dāng)一個(gè)繞組通電時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)北極磁場(chǎng)；另一個(gè)繞組通電，則產(chǎn)生一個(gè)南極磁場(chǎng)。因?yàn)閺尿?qū)動(dòng)器到線圈的電流不會(huì)反向，所以可稱其為單極繞組。該步進(jìn)順序見圖6所示。該設(shè)計(jì)使得電子驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)單化。但是，與雙極性繞組相比，其力矩大約少30%，因?yàn)閯?lì)磁線圈僅被利用了一半。

 

 

 

四相步進(jìn)電機(jī)按照通電順序的不同，可分為單四拍、雙四拍、八拍三種工作方式。單四拍與雙四拍的步距角相等，但單四拍的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小。八拍工作方式的步距角是單四拍與雙四拍的一半，因此，八拍工作方式既可以保持較高的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩又可以提高控制精度。

 

步進(jìn)電機(jī)類型及其辨別：

 

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?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)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：

 

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(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。

 

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。

 

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。如果輸出軸向左輕微地旋轉(zhuǎn)，那么此根引線是相4。如果輸出軸不旋轉(zhuǎn)，那么此根引線就是相3。

 

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)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。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：

 

①使用數(shù)字萬用表找出每對(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，哪條引線是何順序并不重要，只要成對(duì)就足夠了。

 

二、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?yàn)槊繕O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°，也就是每周200步。