步進電機構(gòu)造與控制

在上面的可變磁阻步進電機的簡單示例中，電機由一個中心轉(zhuǎn)子組成，該轉(zhuǎn)子被四個標記為A、B、C和D的電磁場線圈包圍。所有具有相同字母的線圈都連接在一起，因此通電（例如標記為A 的線圈）將導致磁轉(zhuǎn)子與該組線圈對齊。

在上面的可變磁阻步進電機的簡單示例中，電機由一個中心轉(zhuǎn)子組成，該轉(zhuǎn)子被四個標記為A、B、C和D的電磁場線圈包圍。所有具有相同字母的線圈都連接在一起，因此通電（例如標記為A 的線圈）將導致磁轉(zhuǎn)子與該組線圈對齊。

通過依次向每組線圈通電，可以使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)或從一個位置“步進”到下一個位置，其角度由其步距角結(jié)構(gòu)確定，并且通過按順序?qū)€圈通電，轉(zhuǎn)子將產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。
步進電機驅(qū)動器通過按設定順序?qū)畲啪€圈通電來控制電機的步距角和速度，例如“ ADCB，ADCB，ADCB，A… ”等，轉(zhuǎn)子將沿一個方向（正向）旋轉(zhuǎn)，并通過將脈沖序列反轉(zhuǎn)為“ ABCD、ABCD、ABCD、A… ”等，轉(zhuǎn)子將沿相反方向（反向）旋轉(zhuǎn)。
因此，在上面的簡單示例中，步進電機有四個線圈，使其成為 4 相電機，定子上的極數(shù)為 8 (2 x 4)，間隔為 45 度。轉(zhuǎn)子上的齒數(shù)為六個，齒距為 60 度。
然后，轉(zhuǎn)子有 24 個（6 個齒 x 4 個線圈）可能的位置或“步數(shù)”來完成一整圈。因此，上面的步距角為：360 o /24 = 15 o。
顯然，更多的轉(zhuǎn)子齒和/或定子線圈將導致更多的控制和更精細的步距角。此外，通過以不同的配置連接電機的電氣線圈，可以實現(xiàn)全步角、半步角和微步角。然而，為了實現(xiàn)微步進，步進電機必須由（準）正弦電流驅(qū)動，其實施成本昂貴。
還可以通過改變施加到線圈的數(shù)字脈沖之間的時間延遲（頻率）來控制步進電機的旋轉(zhuǎn)速度，延遲越長，一整轉(zhuǎn)的速度越慢。通過向電機施加固定數(shù)量的脈沖，電機軸將旋轉(zhuǎn)給定角度。
使用延時脈沖的優(yōu)點是不需要任何形式的附加反饋，因為通過計算提供給電機的脈沖數(shù)量，就可以準確地知道轉(zhuǎn)子的終位置。這種對設定數(shù)量的數(shù)字輸入脈沖的響應允許步進電機在“開環(huán)系統(tǒng)”中運行，使其控制起來既容易又便宜。
例如，假設上面的步進電機的步距角為每步 3.6 度。要將電機旋轉(zhuǎn) 216 度的角度，然后再次停止在所需位置，總共只需要：216 度/（3.6 度/步）= 80 個施加到定子線圈的脈沖。
有許多步進電機控制器 IC 可供選擇，可以控制步進速度、旋轉(zhuǎn)速度和電機方向。SAA1027 就是這樣一種控制器 IC，它內(nèi)置了所有必需的計數(shù)器和代碼轉(zhuǎn)換，并且可以按正確的順序自動將 4 個完全控制的橋輸出驅(qū)動到電機。
旋轉(zhuǎn)方向也可以選擇單步模式或沿選定方向連續(xù)（無級）旋轉(zhuǎn)，但這會給控制器帶來一些負擔。當使用 8 位數(shù)字控制器時，每步也可以有 256 微步
SAA1027步進電機控制芯片

在本關于旋轉(zhuǎn)執(zhí)行器的教程中，我們研究了有刷和無刷直流電機、直流伺服電機和步進電機作為機電執(zhí)行器，可用作位置或速度控制的輸出設備。
在下一篇關于輸入/輸出設備的教程中，我們將繼續(xù)研究稱為執(zhí)行器的輸出設備，特別是使用電磁力將電信號再次轉(zhuǎn)換為聲波的輸出設備。我們將在下一個教程中看到的輸出設備類型是揚聲器。