*步進電機的使用

阿勇

步進電機的類型和接線
對于業余愛好者來說，昀容易得到的步進電機是單極性(又稱雙線或 4相)和雙極性(又稱單線或兩相)步進電機。一、單極性步進電機
這種步進電機之所以稱為單極性是因為每個繞組中電流僅沿一個方向流動。它也被稱為兩線步進電機，因為它只含有兩個線圈。兩個線圈的極性相反，卷繞在同一鐵芯上，具有同一個中間抽頭。單極性步進電機還被稱為 4相步進電機，因為它有 4個激勵繞組。單極性步進電機的引線有 5或 6根。
如果步進電機的引線是 5根，那么其中一根是公共線 (連接到 V+)，其他 4根分別連到電機的 4相。如果步進電機的引線是 6根，那么它是多段式單極性步進電機有兩個繞組，每個繞組分別有一個中間抽頭引線。但是如何分辨這些引線呢?請繼續讀下述內容。
1．分辨 5線單極性步進電機接頭為了找出 5線單極性步進電機各條引線的正確配置，事先需要做一番實際上很簡單的考察。圖 1給出了 5線步進電機的基本引線配置。
為了找出正確的引線順序并使電機轉動，需要一塊電池和一段膠帶(當然也需要一個 5引線步進電機)。備好記號筆來標注引線以便分辨它們。按以下步驟操作：
①用數字萬用表找到公共線。其他引線與公共線之間的電阻測量值都相同。將此線連接到電池的 V+。5V或 6V就足夠測試用了。
②膠帶粘貼到步進電機的輸出鈾上，并使它垂直于軸端伸出成為一個標志。此標志的作用在于判斷電機是否轉動。

③任意挑出一條引線稱之為相 1。若將此線接地，則電機輸出軸將做輕微的轉動。現在步進電機被鎖定在相 1的位置上。如圖 2所示。

④取另一根引線并將其接地，仔細觀察輸出軸上的膠帶。如果輸出軸向右輕微地旋轉，那么此根引線是相 2。如圖 3所示。

⑤取另一根線并將其接地，仔細觀察輸出軸上的膠帶。如果輸出軸向左輕微地旋轉，那么此根引線是相 4。如圖 4所示。

⑥再取另一根線并將其接地，仔細觀察輸出軸上膠帶的運動狀態。如果輸出軸不旋轉，那么此根引線就是相 3。如圖 5所示。


2．分辨 6線單極性步進電機接頭
回收打印機舊電機時昀常遇到這種類型的單極性步進電機。6線單極性步進電機通常看起來像是兩個單段式電機疊放在一起，每個單段有 3根線引出 (參見圖 6)。這種步進電機的引線非常容易分辨。
分辨 6線步進電機引線順序的工作相當簡單。如果它的結構形式是多段式步進電機，那么引線的順序實際上已經給出了，用數字萬用表可以找出每對繞組的公共線。只要保持繞組對的兩根引線對應一致，它們的順序并無關緊要，僅會影響電機的旋轉方向而已。
如果不是多段式的 6線步進電機，可以按以下步驟確定繞組對的引線：
①使用數字萬用表找出每對繞組的公共端。
②照上述方法能找出兩個繞組對，分隔它們并加以標記。請將其中一個繞組對標記為 A和 C(也可以是 1和 3)，另一個標記為 B和 D(也可以是 2和 4)。在每一對繞組中，哪條引線是何順序并不重要，只要成對就足夠了。二、單極性步進電機的步進方式
單極性步進電機可以來用三種步進方式：單拍、雙拍、半拍方式。單拍步進方式是指每次僅給一個繞組通電，結果導致轉子旋轉，并運動到轉子永磁體與具有相反極性的繞組對齊的位置。雙拍方式同時給兩個繞組通電，這樣就導致轉子旋轉，并在永磁體到達兩個通電繞組的中間位置點時平衡。雙拍方式的優點是比單拍方式多獲得 41.4％的輸出力矩，不過代價是需要花費后者兩倍的能量，因為它有兩相繞組同時通電。昀后，半拍方式工作時則讓兩個繞組通電與單個繞組通電方式交替地進行。半拍方式的輸出力矩比雙拍方式小，隨設計不同，在 15％——30％之間變化，不過它可以獲得雙拍方式兩倍的步進分辨率 (每周兩倍的步數)。
表 1到表 3給出了在這三種步進方式下繞組通電的過程。要使步進電機反轉，只需將通電過程反向即可。三、雙極性步進電機
雙極性步進電機之所以如此命名，是因為每個繞組都可以兩個方向通電。因此每個繞組都既可以是 N極又可以是 S極。它又被稱為單繞組步進電機，因為每極只有單一的繞組，它還被稱為兩相步進電機，因為具有兩個分離的線圈。
雙極性步進電機有四根引線，每個繞組兩條。與同樣尺寸和重量的單極性步進電極相比，雙極性步進電機具有更大的驅動能力，原因在于其磁極 (不是中間抽頭的單一線圈)中的場強是單極性步進電機的兩倍。雙極性步進電機的每個繞組需要一個可逆電源，通常由 H橋驅動電路提供。由于雙極性步進電機比單極性步進電機的輸出力矩大，因此總是應用于空間有限的設計中。這也是軟盤驅動器的磁頭步進機械系統的驅動之所以總是采用雙極性步進電機的原因。
可以相當簡單地使用數字萬用表來查找兩個繞組。如果在某兩根引線之間能夠測量到阻值，那么這兩根引線之間就屬于一個繞組，其他兩根線之間是另外一個繞組。雙極性步進電機的步距通常是 1.8°，也就是每周 200步。四、雙極性步進電機的步進方式
雙極性步進電機具有和單極性步進電機相同的步進方式，僅僅由于繞組配置的不同，在實現上存在一些差別。雙極性步進電機的步進方式如表 4到表 6所示。五、步進驅動方式的相似之處
如果讀者是聰明的，或者在實踐時很細心，也許就會注意到單極性步進電機和雙極性步進電機在步進驅動方式上是極其相似的。以前面介紹的單極性步進電機的步進方式表格為例，交換列 B和列 C的位置，將所有的“通”替換為“ +”，然后在與狀態為“ +”的引線同一繞組的另一列中補上“ -”，就將看到和上面雙極性步進電機同樣格式的表格，只是電機的轉向相反。這說明控制單極性步進電機的任何邏輯也可以用來驅動雙極性步進電機。注意是邏輯，而非驅動電路。雙極性步進電機的繞組需要 H橋電路，而單極性步進電機僅僅需要一個簡單的晶體管開關。做到在控制單極性步進電機和雙極性步進電機之間切換，惟一需要的變化是交換 B和 C的邏輯輸出。六、通用步進電機
如圖 7所示，通用步進電機有 8根引線。它既可配置為單極性也可配置為雙極性步進電機。在分辨這類步進電機的繞組時可能使用戶產生某些困惑，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。幸運的是，可以通過電子測量的方法來推斷它。
1．分辨通用步進電機繞組的極性
為了測量和確定通用步進電機的繞組極性，需要一個電源或電池組，以及一塊數字萬用表。請遵循以下步驟進行：
①首先，使用數字萬用表的歐姆檔找出 4個引線對，從而確定 4個繞組。
②選擇兩個繞組，并各選一條引線相互短接。將數字萬用表切換到 AC電壓的 20V檔，將數字萬用表的兩個表筆連接到正在測量的兩個繞組的末端。

③轉電機軸，如果得到 2V左右的電壓讀數，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，以驗證前面的假設。

④標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示的記號黑點端并不重要，只要你知道如何分組即可。


2．配置通用步進電機極性的方法這一小節講述配置通用步進電機極性的三種方式：單極性、雙極性串聯和雙極性并聯。圖 10所示的配置模擬了一個 6繞組的單極性步進電機。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，是因為串聯繞組具有高的磁阻，因此電流無法快速達到峰值。
圖 12所示的雙極性并聯配置步進電機的輸出力矩小于雙極性串聯配置，但是它具有更高的工作頻率，因為并聯繞組配置具有低磁阻，電流可以快速達到峰值。七、有關步進電機極性配置的結束語
至今為止，讀者可能已看到了 6線單極性步進電機和串聯配置的通用步進電機之間的令人驚異的相同點。事實上，可以通過忽略兩條公共繞組的連接，將一個 6線單極性步進電機用作雙極性步進電機。作者已經測試過，并且工作狀態良好。八、如何獲得步進電機
如今步進電機的價格仍然比較昂貴，但幸運的是，它們在舊貨市場上比較常見。幾乎在每一家舊貨商店中都有剩余步進電機處理出售。麻煩的是，很少有商店能向顧客提供步進電機的規格性能說明書，因為他們也不知道。如果知道，他們當然是會提供的。

SYLXW

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好，今天又學習了，謝謝！

tyu0688

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gu95032

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