步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造及控制技術(shù)解析

從圖4中可以看出我們怎樣激勵雙相電機(jī)的繞組才能使電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，圖中，電機(jī)內(nèi)的繞組抽頭分別被標(biāo)為1A、1B、2A和2B。其中，1A和1B是繞組1的兩個(gè)抽頭，2A和2B則是繞組2的兩個(gè)抽頭。

首先，要給腳1B和2B施加一個(gè)正電壓，并將1A和2A接地。然后，給腳1B和2A施加一個(gè)正電壓，而將1A和2B接地，這一過程其實(shí)取決于導(dǎo)線繞齒槽纏繞的方向，假設(shè)導(dǎo)線纏繞的方向與上一節(jié)所述相符。依次進(jìn)行下去，我們就得到了表1中總結(jié)的激勵順序，其中，“1”表示正電壓，“0”表示接地。

電流在電機(jī)繞組中有兩種可能的流向，這樣的電機(jī)就叫做雙極電機(jī)和雙極驅(qū)動序列。雙極電機(jī)通常由一種叫做H橋的電路驅(qū)動，圖5給出了連接H橋和步進(jìn)電機(jī)兩根抽頭的電路。H橋通過一個(gè)電阻連接到一個(gè)電壓固定的直流電源(其幅度可根據(jù)電機(jī)的要求選取)，然后，該電路再經(jīng)過4個(gè)開關(guān)(分別標(biāo)為S1、S2、S3和S4)連接到繞組的兩根抽頭。這一電路的分布看起來有點(diǎn)象一個(gè)大寫字母H，因此叫做H橋。

從表1中可以看出，要激勵該電機(jī)，第一步應(yīng)將抽頭2A設(shè)為邏輯0，2B設(shè)為邏輯1，于是，我們可以閉合開關(guān)S1和S4，并斷開開關(guān)S2和S3。接著，需要將抽頭2A設(shè)為邏輯1，2B設(shè)為邏輯0，于是，我們可以閉合S2、S3，并斷開S1和S4。與此類似，第三步我們可以閉合S2、S3并斷開S1和S4，第四步則可以閉合S1、S4并斷開S2、S3。

對繞組1的激勵方法也不外乎如此，使用一對H橋就能產(chǎn)生需要的激勵信號序列。表2所示就是激勵過程中每一步開關(guān)所在的位置。

注意，如果R=0，而開關(guān)S1和S3又不小心同時(shí)閉合，那么流經(jīng)開關(guān)的電流將達(dá)到無窮大。這時(shí)，不但開關(guān)會被燒壞，電源也可能損壞，因此電路中使用了一個(gè)非零阻值的電阻。盡管這個(gè)電阻會帶來一定的功耗，也會降低電機(jī)驅(qū)動器的效率，但它可以提供短路保護(hù)。

單極電機(jī)及其驅(qū)動器

前面我們已經(jīng)討論了雙極步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動器。單極電機(jī)與雙極電機(jī)類似，不同的是在單極電機(jī)中外部能夠接觸到的只有每個(gè)繞組的中心抽頭，如圖6所示。我們將從繞組頂部抽出的抽頭標(biāo)為抽頭B，底部抽出的標(biāo)為抽頭A，中間的為抽頭C。

有時(shí)我們會遇到一些抽頭沒有標(biāo)注的電機(jī)，如果我們清楚步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造，就很容易通過測量抽頭之間的阻值，識別出哪些抽頭屬于哪根繞組。不同繞組的抽頭之間阻抗通常為無窮大。如果經(jīng)測量，抽頭A和C之間的阻抗為100歐姆，那么抽頭B和C之間的阻抗也應(yīng)是100歐姆，而A和B之間的阻抗為200歐姆。200歐姆這一阻抗值就叫做繞組阻抗。

圖7給出一個(gè)單極電機(jī)的單相驅(qū)動電路。從中可以看出，當(dāng)S1閉合而S2斷開時(shí)，電流將由右至左流經(jīng)電機(jī)繞組；而當(dāng)S1斷開，S2閉合時(shí)，電流流向變?yōu)橛勺笾劣?。因此，我們僅用兩個(gè)開關(guān)就能改變電流的流向(而在雙極電機(jī)中需要4個(gè)開關(guān)才能做到)。表3所示為單極電機(jī)驅(qū)動電路中，每一步激勵時(shí)開關(guān)所處的位置。