教程:步进电机的基础-第二部分

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了解更多关于绕组类型、驱动模式和接线方案。


步进电机是同步无刷直流电机，以脉冲电流运行。，通常没有闭环反馈。在第一部分在本教程中，我们讨论了步进电机的运行机制，步进电机的不同分类，以及各种激励方法。

步进电机有两种基本的绕组类型:单线绕组和双线绕组。考虑一个有四个定子极的两相电机(见图1)。为了使一个极充当电磁铁，这是为了产生转矩，我们按顺序给绕组通电。为了保持电机转动，我们必须通过改变电流方向来改变电磁铁的极性。

虽然绕组在上面的图中描绘成独立为目的的生产操作,连续线的线圈由旅行从一个线圈,在线圈方向只是逆转以达到所需的交替极性运动(见图2)。伤口线圈可以以两种方式之一:单线和双线。在单线缠绕结构中，用一根导线给线圈充电。因此，电流在任何时候都是单向流动的。换向电机需要换向通过导线的电流。

在双线缠绕结构中，每个极被两根电线缠绕，这样给一根电线通电就会产生一个极性相同的电磁铁，给另一根电线通电就会产生一个极性相反的电磁铁。这个好处的权衡是，它需要更多的电线，这增加了尺寸、重量和成本。此外，双线设计的驱动电路可能更复杂。

设计师有许多不同的绕线和布线选项可供选择。对于给定的应用程序，最佳的选择涉及平衡扭矩和速度的要求。有两种基本类型的步进电机驱动:单极或双极。在单极驱动下，电流是单向流动的，而在双极驱动下，电流是双向流动的。

单极驱动的特点是一对晶体管和每个线圈上的一个中心抽头(见图2)。当中心抽头接地时，电流流过线圈的一半，在定子极上建立所需的极性。这一过程发生在一个线圈后另一个，以驱动电机的旋转在所需的方向。单极驱动器通常可提供6或8引线，尽管后者不太常见。单极驱动应该与双线绕组一起使用，因为它们只能使电流朝一个方向移动，不能使单线缠绕的电机反向。

由于中心抽头，单极驱动器只能在任何时候激励每个线圈的一半，这减少了电机的输出扭矩相比双极设计的41%。单极驱动器在高速下提供良好的性能。它们经济紧凑，电流需求低，适合玩具和医疗设备等应用。缺点是，它们提供的扭矩比双极驱动少41%。

双相情感基础
双极驱动器，有时称为h桥驱动器，允许电流通过线圈的两个方向流动。因此，它们可以与单线电机以及双线电机一起使用。双极驱动不使用中心丝锥。相反，它们每个相位包括两个额外的晶体管，以切换通过每个线圈的电流方向(见图3)。双极驱动器在运行期间为整个线圈提供能量。因此，它们在低速时提供非常好的扭矩。然而，在更高的速度下，它们的功能就不那么好了。

双极驱动的关键优势之一是它们提供的灵活性。选择正确的布线方案将使您最好地服务于您的应用程序，无论您是否需要高速运行的肌肉或保持其凉爽的系统。

双极驱动的三种主要接线配置是串联、半线圈和并联。为了串联双极驱动器，我们将每个相的两个线圈连接在一起，例如a和a '， B和B '等。中心抽头是不连接的(见图4)。因为两个线圈的相位是180°的电，他们产生相同的极性，这意味着驱动器激励整个线圈给定的相位在任何一个时间。这就提高了低速时的保持扭矩。

然而，缺点是电感增加了四倍，这损害了高速性能。它也使阻抗加倍。在功率耗散恒定的情况下，与单极驱动相比，电流额定值降低29%，电压额定值提高41%。

如果你需要更好的高速性能，你可能想要考虑双极半线圈连接，其中一半线圈是双向连接，而另一半不连接(见图5)。该方案减少低速扭矩，但提高性能在更高的速度。

如果您使用的是八引线电机，您还可以选择并行连接(见图6)。与单极驱动相比，并行连接保持了41%的扭矩优势。同时，该方法保持了有效的线圈数，抑制了电感。结果是一个电机提供了坚实的性能在大范围的速度。

当然，在现实世界中，你永远不会不劳而获。并联连接双极驱动器的性能一致性的权衡是系列版本配置的电流draw的四倍。

步进电机是运动行业的工作马，给设计师无数的自由度来选择正确的运动源为他们的应用。通过了解各种驱动布线方案的细微差别，您可以找到一个步进电机，以支持您的要求，你喜欢的价格。

致谢
感谢阿纳海姆自动化公司的克雷格·路德维克，还有Incremotion的帕特里克·戴尔(Patrick Dell)MICROMO．

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