步進(jìn)電機(jī)是如何工作的？

作為我們生活中最常見的控制系統(tǒng)之一，芝識(shí)課堂已經(jīng)講解了步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用、特點(diǎn)及分類，朋友們一定好奇步進(jìn)電機(jī)是怎么進(jìn)行工作的吧？那今天我們就跟隨步進(jìn)電機(jī)的節(jié)奏一步步來學(xué)習(xí)了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理吧！

步進(jìn)電機(jī)作為能逐步驅(qū)動(dòng)至指定旋轉(zhuǎn)角度的電機(jī)，其最基本的工作就是步進(jìn)的操作，即步進(jìn)電機(jī)通過轉(zhuǎn)子在一定角度重復(fù)運(yùn)動(dòng)的方式進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。該角度稱為步距角，是步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)單元。步進(jìn)電機(jī)根據(jù)相同的步距角進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，就像人們一步步上下樓梯一樣。圖1展示了步進(jìn)電機(jī)最基本的工作原理示意圖。

圖1

步距角是步進(jìn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)的基礎(chǔ)。步距角取決于電機(jī)上的磁極總數(shù)。步距角的計(jì)算公式如下所示：

步距角＝360度/N，其中N＝（NPH×PH）

●   NPH：每相的磁極數(shù)。

●   PH：相數(shù)。

●   N：各項(xiàng)的磁極總數(shù)。

電機(jī)類型通常稱為“PH相／N極電機(jī)”。如圖2所示，左側(cè)為2相／4極，右側(cè)為3相／6極。若為2相4極電機(jī)，則步距角將為90度。

圖2

工作時(shí)，通過連續(xù)執(zhí)行所有步進(jìn)操作使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。若想了解步進(jìn)具體操作，關(guān)鍵是要了解電流在電機(jī)定子繞組內(nèi)的流動(dòng)方向與定子磁極方向之間的關(guān)系。在此，我們以雙極型電機(jī)為例，來詳細(xì)解釋一下電流在定子繞組內(nèi)的流動(dòng)方向與磁極方向之間的關(guān)系。如圖3所示，通過改變定子繞組中的電流方向就可以改變定子磁極的方向。

圖3

接下來讓我們來了解一下電機(jī)電流和轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的關(guān)聯(lián)性，圖4所示的是當(dāng)反復(fù)切換定子繞組內(nèi)的電流方向時(shí)，采用2相4極電機(jī)的定子磁極和轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)的情況。轉(zhuǎn)子通過切換定子繞組內(nèi)的電流方向、轉(zhuǎn)子磁極，以及各相定子的磁極排斥和吸引來進(jìn)行步進(jìn)操作。因此，當(dāng)連續(xù)執(zhí)行上述操作時(shí)，步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

圖4

勵(lì)磁模式是描述定子磁極時(shí)最常用的術(shù)語，在操作步進(jìn)電機(jī)時(shí)不同勵(lì)磁模式顯得非常重要，勵(lì)磁模式主要分為全步、半步和微步三種。

以2相4極電機(jī)為例，步距角為90度。電機(jī)以全步距角（此示例中為90度）進(jìn)行移動(dòng)／旋轉(zhuǎn)的操作模式稱為全步模式。若只能將電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)全步距角的一半角度（此示例中為45度）。該操作模式稱為半步模式。而能應(yīng)用于更為精細(xì)的步進(jìn)角度尺寸，通常稱為微步模式。在微步模式下，電機(jī)可以按照全步距角的分?jǐn)?shù)形式轉(zhuǎn)動(dòng)，這些分?jǐn)?shù)可以精確到全步距角的1/4、1/8、1/16，甚至1/32。

勵(lì)磁方式和單次步進(jìn)操作下的步距角之間的關(guān)系如圖5所示。

圖5

我們結(jié)合實(shí)際應(yīng)用，將勵(lì)磁模式與2相4極電機(jī)單次旋轉(zhuǎn)的步進(jìn)數(shù)之間的關(guān)系匯總，大家可以直觀的比較一下三個(gè)模式下步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)角的區(qū)別。

圖6

在熟悉了步進(jìn)電機(jī)的基本工作原理之后，接下來芝識(shí)課堂就要跟大家好好的講一講步進(jìn)電機(jī)重要的驅(qū)動(dòng)IC知識(shí)了，千萬不要錯(cuò)過哦！