什么是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器? 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器該如何調(diào)？

步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)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(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速和定位的目的。

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

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

(1)反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)：也叫感應(yīng)式、磁滯式或磁阻式步進(jìn)電動機(jī)。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(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。一般為三、四、五、六相;可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出(消耗功率較大，電流最高可達(dá)20A，驅(qū)動電壓較高);步距角小(最小可做到10’);斷電時(shí)無定位轉(zhuǎn)矩;電機(jī)內(nèi)阻尼較小，單步運(yùn)行(指脈沖頻率很低時(shí))震蕩時(shí)間較長;啟動和運(yùn)行頻率較高。

(2)永磁式步進(jìn)電動機(jī)：通常電機(jī)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(shí)具有一定的保持轉(zhuǎn)矩;啟動和運(yùn)行頻率較低。

(3)混合式步進(jìn)電動機(jī)：也叫永磁反應(yīng)式、永磁感應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)，混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。其定子和四相反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)沒有區(qū)別(但同一相的兩個(gè)磁極相對，且兩個(gè)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(fù)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(fù)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(shí)無定位轉(zhuǎn)矩;啟動和運(yùn)行頻率較高;發(fā)展較快的一種步進(jìn)電動機(jī)。

電機(jī)驅(qū)動器是一種必不可少的設(shè)備，可為步進(jìn)電機(jī)提供所需的電壓和電流，使其平穩(wěn)運(yùn)行。步進(jìn)電機(jī)是一種步進(jìn)式轉(zhuǎn)動的直流電機(jī)，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(jìn)電機(jī)驅(qū)動器)。

要設(shè)計(jì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，選擇合適的電源、微控制器和電機(jī)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(jī)，但是在設(shè)計(jì)驅(qū)動器時(shí)，必須注意電壓和電流。

單個(gè)電機(jī)驅(qū)動板可以處理電機(jī)的電流和電壓，而步進(jìn)電機(jī)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(jī)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(jìn)電機(jī)的運(yùn)動。

什么是步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)一樣驅(qū)動電機(jī)連續(xù)旋轉(zhuǎn)的電機(jī)驅(qū)動器稱為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器。該電機(jī)的驅(qū)動器主要提供可變電流控制以及多步進(jìn)分辨率。此外，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器還包括固定轉(zhuǎn)換器，從而允許電機(jī)通過簡單的步進(jìn)和方向輸入進(jìn)行控制。

步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，該驅(qū)動器用于不同的便攜式設(shè)備，如相機(jī)、打印機(jī)等。

步進(jìn)電動機(jī)主要參數(shù)

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

拍數(shù)：完成一個(gè)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(jī)轉(zhuǎn)過一個(gè)齒距角所需脈沖數(shù)。

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

步距角：對應(yīng)一個(gè)脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移。

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

失步：電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)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(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細(xì)分驅(qū)動是不能解決的。

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

步進(jìn)電機(jī)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(jī)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的工作原理是通過在電機(jī)方向上使用各種脈沖相位發(fā)送電流來控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行。設(shè)計(jì)人員不經(jīng)常使用波驅(qū)動技術(shù)，因?yàn)樗峁┑呐ぞ匦?，效率低，而且一次只能使?相電機(jī)。

目前用于驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)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(shè)計(jì)驅(qū)動程序。對于步進(jìn)電機(jī)，該微控制器應(yīng)至少有四個(gè)輸出引腳。此外，它還包括ADC、定時(shí)器、基于驅(qū)動程序應(yīng)用的串口。

2、電機(jī)驅(qū)動器

電機(jī)驅(qū)動器IC價(jià)格低廉，并且在設(shè)計(jì)方面易于執(zhí)行，從而加快了整個(gè)電路設(shè)計(jì)時(shí)間。可以根據(jù)電壓和電流等電機(jī)額定值來選擇驅(qū)動器。最流行的電機(jī)驅(qū)動器(如ULN2003)用于非H橋應(yīng)用，也適用于驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)。該驅(qū)動器包括一個(gè)達(dá)林頓對，可處理高達(dá)500mA的最大電流和高達(dá)50VDC的最大電壓。步進(jìn)電機(jī)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(jī)，又稱為脈沖電機(jī)。

在非超載的情況下，電機(jī)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(fù)載變化的影響。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號時(shí)，它就可以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”。 步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的，可以通過控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，同時(shí)可以通過控制脈沖頻率，來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)多用于數(shù)字式計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備，以及打印機(jī)、繪圖機(jī)和磁盤等裝置。

步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)的位置和速度信號不反饋給控制系統(tǒng)，如果電機(jī)工作時(shí)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(jī)。相對于伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的控制相對簡單，但不適用于精度要求較高的場合。步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)都非常的突出，優(yōu)點(diǎn)集中于控制簡單、精度高，缺點(diǎn)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(jìn)電機(jī)帶動負(fù)載慣量的能力大，適用于中小型機(jī)床和速度精度要求不高的地方，缺點(diǎn)是效率較低、發(fā)熱大，有時(shí)會“失步”。優(yōu)缺點(diǎn)如下所示。

優(yōu)點(diǎn)：

1. 電機(jī)操作易于通過脈沖信號輸入到電機(jī)進(jìn)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(shí)現(xiàn)了更大的可靠性。

缺點(diǎn)：

1. 需要脈沖信號輸出電路;

2. 當(dāng)控制不適當(dāng)?shù)臅r(shí)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(jìn)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(jī)信號。然后再對脈沖信號進(jìn)行分配，去控制功率放大器相應(yīng)的晶體管導(dǎo)通，然后使步進(jìn)電機(jī)的線圈得電。從這里我們可以看出，步進(jìn)電機(jī)要運(yùn)轉(zhuǎn)那么***要輸入脈沖，如果沒有脈沖，步進(jìn)電機(jī)是不動的，所以我們需要一個(gè)驅(qū)動器來給步進(jìn)電機(jī)的各項(xiàng)繞組依次通電。

方向信號：要控制AB通電的相序，A-B順時(shí)針，B-A逆時(shí)針

脫機(jī)信號：步進(jìn)電機(jī)停止時(shí)，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(shí)候，需要給脫機(jī)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(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的原理，采用單極性直流電源供電。只要對步進(jìn)電機(jī)的各相繞組按合適的時(shí)序通電，就能使步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)轉(zhuǎn)動。

細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分?jǐn)?shù)是否能代表精度?

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

四相驅(qū)動合式步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)一般由兩相驅(qū)動器來驅(qū)動，因此，連接時(shí)可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機(jī)接成兩相使用。串聯(lián)接法一般在電機(jī)轉(zhuǎn)速較的場合使用。此時(shí)需要的驅(qū)動器輸出電流為電機(jī)相電流的0.7倍，因而電機(jī)發(fā)熱小;并聯(lián)接法一般在電機(jī)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(jī)相電流的1.4倍，因而電機(jī)發(fā)熱較大。