在如今这个智能时代,步进电机由于其特有的开环位置控制性能在各行各业均有被应用到。各设备在步进电机转动的过程中,对它输出力矩的平滑性有一定的要求。
像云台球机,转动的稳定性将会影响到拍摄图像的质量。这一性能除了和步进电机本体的工艺相关以外,和步进电机的控制方式也是息息相关的。
今天我们所介绍的就是其中的一种控制方式 --- 细分控制。
part1何为双极性步进电机?
话说很久以前,电机届有这么一个电机名叫双极性步进电机(从电机控制出发的叫法)。除此之外,他又名两相四线步进电机(从电机本体出发的叫法),他天生奇特,内有乾坤。
01定子
8个定子上分别绕有两相双极性绕组(见图1),a相绕组绕线从定子1开始绕,依次绕到定子3,5,7上,值得注意的是定子1和5的绕线方向是一致的,定子3和7的绕线方向是一致的,两组绕线方向相反(见图2)。
b相绕组也是以同样的原理进行绕制。每个定子铁芯上带有五齿。
图1:双极性步进电机结构示意图
图2:极性步进电机绕组原理图
02转子
通常转子上贴有轴向充磁的永磁体(见图3),永磁体磁力线在电机本体内形成闭合,由于磁力线和磁阻效应,即使步进电机在不通电的情况下也会拥有一定的锁定力矩(见图4)。
转子上拥有50个齿,和定子齿轮相对起来,由于这样的齿数和相数结构,它拥有1.8度的步进角度(见图5)。步进角度:电气周期完成90度,步进电机转子前进的机械角度。
图3:转子结构示意图
图4:侧面横截面图
图5:1.8度步进角度结构示意图
part2双极性步进电机的步进模式
为了方便讲解后续的控制方式,将复杂的结构图变成示意图(见图6)。可以认为步进电机的定子和转子都只有一个齿。它使得驱动和其它电机不同,叫做双全桥驱动。它的a相绕组接在第一个全桥驱动上,b相绕组接在第二个全桥驱动上(见图7)。
图6:双极性步进电机简化示意图
图7:双全桥驱动电路图
还不会细分控制的它在电机届还是默默无闻,为了能够在电机届闯出名堂,它刻苦练习,研究不同的控制方式,希望自己的旋转性能日后能在江湖上占得一席之地。
到目前为止,它已经掌握了三种控制方式,分别为单相步进,整步步进,半步步进。这三板斧使得虎虎生威,我们来详细看看。
表1:步进模式表
01第一板斧:单相步进
当a相和b相按照单相步进的模式依次通电的时候,定子磁场会相应地进行变化,转子也会由于极性相吸,转动起来。ab相的通电顺序和转子的转动位置可以看表1的内容。当然看视频效果是最佳的!
简单描述以下单相步进的过程:
当a通电的时候,驱动电流由q1流向q4,此时定子a上端为n,下端为s,转子转到位置8。
接下来,b相通电。当b通电的时候,驱动电流由q5流向q8,此时定子b左端为s,右端为n,转子转到位置2。
接下来两个状态原理和上面类似,就不多啰嗦了,循环这一通电顺序,转子就开始转动起来。
图8:单相步进ab相电流波形图
02第二板斧:整步步进
和单相步进不同的是,整步步进式ab绕组会同时进行通电。并且也是有四个对应的通电方式和转子电气位置,只不过位置空间在电气空间上和单相步进不一样。根据整部的通电顺序,转子也是能转动起来。具体的过程就不赘述了,想要生动的效果要记得看视频!
图9:整步步进ab相电流波形图
03第三板斧:半步步进
仔细看过表1的读者们肯定已经发现了步进电机步进的秘密!
这个最后一板斧就是将上面两种控制方式进行融合,就有了半步控制,它的电气角度位置更多,电流波形更加细致,转动更加平滑。
但步进电机想靠这三板斧在高手如林的电机届闯出名堂,还远远不够,因此它需要继续苦心修炼。
那么它接下来是如何练成电机控制中的凌波微步----细分控制呢?
预知后事如何,且听下回分解。
原文标题:各
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