什么是步進電機驅(qū)動器? 步進電機驅(qū)動器該如何調(diào)？

步進電機驅(qū)動器是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速和定位的目的。

步進電動機和步進電動機驅(qū)動器構(gòu)成步進電機驅(qū)動系統(tǒng)。步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)的性能，不但取決于步進電動機自身的性能，也取決于步進電動機驅(qū)動器的優(yōu)劣。對步進電動機驅(qū)動器的研究幾乎是與步進電動機的研究同步進行的。

步進電機按結(jié)構(gòu)分類：步進電動機也叫脈沖電機，包括反應式步進電動機(VR)、永磁式步進電動機(PM)、混合式步進電動機(HB)等。

(1)反應式步進電動機：也叫感應式、磁滯式或磁阻式步進電動機。其定子和轉(zhuǎn)子均由軟磁材料制成，定子上均勻分布的大磁極上裝有多相勵磁繞組，定、轉(zhuǎn)子周邊均勻分布小齒和槽，通電后利用磁導的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。一般為三、四、五、六相;可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出(消耗功率較大，電流最高可達20A，驅(qū)動電壓較高);步距角小(最小可做到10’);斷電時無定位轉(zhuǎn)矩;電機內(nèi)阻尼較小，單步運行(指脈沖頻率很低時)震蕩時間較長;啟動和運行頻率較高。

(2)永磁式步進電動機：通常電機轉(zhuǎn)子由永磁材料制成，軟磁材料制成的定子上有多相勵磁繞組，定、轉(zhuǎn)子周邊沒有小齒和槽，通電后利用永磁體與定子電流磁場相互作用產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。一般為兩相或四相;輸出轉(zhuǎn)矩小(消耗功率較小，電流一般小于2A，驅(qū)動電壓12V);步距角大(例如7.5度、15度、22.5度等);斷電時具有一定的保持轉(zhuǎn)矩;啟動和運行頻率較低。

(3)混合式步進電動機：也叫永磁反應式、永磁感應式步進電動機，混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。其定子和四相反應式步進電動機沒有區(qū)別(但同一相的兩個磁極相對，且兩個磁極上繞組產(chǎn)生的N、S極性必須相同)，轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較為復雜(轉(zhuǎn)子內(nèi)部為圓柱形永磁鐵，兩端外套軟磁材料，周邊有小齒和槽)。一般為兩相或四相;須供給正負脈沖信號;輸出轉(zhuǎn)矩較永磁式大(消耗功率相對較小);步距角較永磁式小(一般為1.8度);斷電時無定位轉(zhuǎn)矩;啟動和運行頻率較高;發(fā)展較快的一種步進電動機。

電機驅(qū)動器是一種必不可少的設備，可為步進電機提供所需的電壓和電流，使其平穩(wěn)運行。步進電機是一種步進式轉(zhuǎn)動的直流電機，它無法直接接到直流或交流電源上工作，必須使用專用的驅(qū)動電源(步進電機驅(qū)動器)。

要設計步進電機驅(qū)動器，選擇合適的電源、微控制器和電機驅(qū)動器非常重要。眾所周知，微控制器可以用來控制旋轉(zhuǎn)電機，但是在設計驅(qū)動器時，必須注意電壓和電流。

單個電機驅(qū)動板可以處理電機的電流和電壓，而步進電機是通過在驅(qū)動器的幫助下同步脈沖信號，使用控制器精確轉(zhuǎn)動。該電機驅(qū)動器從微控制器接收脈沖信號，然后將其轉(zhuǎn)換為步進電機的運動。

什么是步進電機驅(qū)動器?

在不使用反饋系統(tǒng)的情況下，通過控制精確位置來像步進電機一樣驅(qū)動電機連續(xù)旋轉(zhuǎn)的電機驅(qū)動器稱為步進電機驅(qū)動器。該電機的驅(qū)動器主要提供可變電流控制以及多步進分辨率。此外，步進電機驅(qū)動器還包括固定轉(zhuǎn)換器，從而允許電機通過簡單的步進和方向輸入進行控制。

步進電機驅(qū)動器包括不同類型的IC ，并且在低于20V電源電壓下工作。低壓和低飽和電壓IC最好用于兩相步進電機驅(qū)動器，該驅(qū)動器用于不同的便攜式設備，如相機、打印機等。

步進電動機主要參數(shù)

步進電機的相數(shù)：是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有兩相、三相、五相步進電機。

拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，用m表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)。

保持轉(zhuǎn)矩：是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。

步距角：對應一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移。

定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自身的鎖定力矩。

失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)。

失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。

運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線 。

步進電機驅(qū)動器具有不同的電壓和電流額定值。因此，可以根據(jù)將要使用的電機的要求來選擇它。這些驅(qū)動器大多數(shù)都提供0.6×0.8英寸的尺寸。

工作原理

步進電機驅(qū)動器的工作原理是通過在電機方向上使用各種脈沖相位發(fā)送電流來控制步進電機的運行。設計人員不經(jīng)常使用波驅(qū)動技術(shù)，因為它提供的扭矩小，效率低，而且一次只能使用1相電機。

目前用于驅(qū)動步進電機的基本組件是微處理器/微控制器、驅(qū)動器IC和PSU(電源單元)等控制器，以及開關(guān)、電位器、散熱器和連接線等其它組件。

1、控制器

第一步是選擇微控制器來設計驅(qū)動程序。對于步進電機，該微控制器應至少有四個輸出引腳。此外，它還包括ADC、定時器、基于驅(qū)動程序應用的串口。

2、電機驅(qū)動器

電機驅(qū)動器IC價格低廉，并且在設計方面易于執(zhí)行，從而加快了整個電路設計時間。可以根據(jù)電壓和電流等電機額定值來選擇驅(qū)動器。最流行的電機驅(qū)動器(如ULN2003)用于非H橋應用，也適用于驅(qū)動步進電機。該驅(qū)動器包括一個達林頓對，可處理高達500mA的最大電流和高達50VDC的最大電壓。步進電機是將電脈沖信號，轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機，又稱為脈沖電機。

在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響。當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號時，它就可以驅(qū)動步進電機按設定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”。 步進電機的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的，可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率，來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。步進電機多用于數(shù)字式計算機的外部設備，以及打印機、繪圖機和磁盤等裝置。

步進電機工作時的位置和速度信號不反饋給控制系統(tǒng)，如果電機工作時的位置和速度信號反饋給控制系統(tǒng)，那么它就屬于伺服電機。相對于伺服電機，步進電機的控制相對簡單，但不適用于精度要求較高的場合。步進電機的優(yōu)點和缺點都非常的突出，優(yōu)點集中于控制簡單、精度高，缺點是噪聲、震動和效率，它沒有累積誤差，結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便，制造成本低。步進電機帶動負載慣量的能力大，適用于中小型機床和速度精度要求不高的地方，缺點是效率較低、發(fā)熱大，有時會“失步”。優(yōu)缺點如下所示。

優(yōu)點：

1. 電機操作易于通過脈沖信號輸入到電機進行控制;

2. 不需要反饋電路以返回旋轉(zhuǎn)軸的位置和速度信息(開環(huán)控制);

3. 由于沒有接觸電刷而實現(xiàn)了更大的可靠性。

缺點：

1. 需要脈沖信號輸出電路;

2. 當控制不適當?shù)臅r候，可能會出現(xiàn)同步丟失;

3. 由于在旋轉(zhuǎn)軸停止后仍然存在電流而產(chǎn)生熱量。

步進驅(qū)動器可分為兩部分一部分是環(huán)形分配器，另一部分是功率放大。

環(huán)形分配器：要是接收3種信號分別為：脈沖信號，方向信號，脫機信號。然后再對脈沖信號進行分配，去控制功率放大器相應的晶體管導通，然后使步進電機的線圈得電。從這里我們可以看出，步進電機要運轉(zhuǎn)那么***要輸入脈沖，如果沒有脈沖，步進電機是不動的，所以我們需要一個驅(qū)動器來給步進電機的各項繞組依次通電。

方向信號：要控制AB通電的相序，A-B順時針，B-A逆時針

脫機信號：步進電機停止時，AB線圈有一相得電，得電的功能使轉(zhuǎn)子鎖住，使轉(zhuǎn)子不能動，需要收去撥動轉(zhuǎn)子的時候，需要給脫機信號，使AB相繞組完全斷電，轉(zhuǎn)子處于自由轉(zhuǎn)動狀態(tài)。

步進電機驅(qū)動器的原理，采用單極性直流電源供電。只要對步進電機的各相繞組按合適的時序通電，就能使步進電機步進轉(zhuǎn)動。

細分驅(qū)動器的細分數(shù)是否能代表精度?

步進電機的細分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)(請參考有關(guān)文獻)，其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)的一個附帶功能。比如對于步進角為1.8度的兩相混合式步進電機，如果細分驅(qū)動器的細分數(shù)設置為4，那么電機的運轉(zhuǎn)分辨率為每個脈沖0.45度，電機的精度能否達到或接近0.45度，還取決于細分驅(qū)動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大;細分數(shù)越大精度越難控制。

四相驅(qū)動合式步進電機與驅(qū)動器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接法有什么區(qū)別?

四相混合式步進電機一般由兩相驅(qū)動器來驅(qū)動，因此，連接時可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成兩相使用。串聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較的場合使用。此時需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的0.7倍，因而電機發(fā)熱小;并聯(lián)接法一般在電機轉(zhuǎn)速較高的場合使用(又稱高速接法)，所需要的驅(qū)動器輸出電流為電機相電流的1.4倍，因而電機發(fā)熱較大。