双极性步进电机（上）：控制模式 (双极性步进电机驱动电源恒流电流值和测试电流显示)

{本文由家电维修技术小编收集整理资料}步进电机具有独特的开环位置控制性能，这使它在智能时代广受欢迎。为确保步进电机在旋转时输出扭矩的平滑，需要考虑每个器件独特的需求。而电机旋转的稳定性则与其物理结构和控制模式密切相关。本文将介绍双极性步进电机及其结构和控制模式。双极性步进电机的基本组件步进电机属于直无刷(BLDC)电机，它按照等长的步进值逐步转动。而双极性步进电机则是每相都拥有一个绕组的步进电机，具体而言，为两相四线步进电机。它由定子和转子两个主要部件组成（见图1）。

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图1:双极性步进电机的结构示意图定子定子是电机的静止部分。绕组绕在8个定子上，每个定子的磁芯上都有5个齿（见图1）。A相的绕组从定子1开始，然后依次绕到定子3、定子5和定子7（见图2）。注意，定子1和定子5的绕组方向相同，而定子3和定子7的绕组方向相同。这两组绕组（定子1和定子5，以及定子3和定子7）的绕线方向相反。B相的绕组原理与之相同，其中定子4和定子8为一组，定子2和定子6为一组。

图2:双极性步进电机的绕组原理图转子通常转子上贴有轴向充磁的永磁体。图3所示为转子的结构。

图3:转子结构图4展示了转子的侧视截面图。

图4：转子侧视截面图永磁体的磁力线在电机主体中形成闭合。由于磁力线和磁阻效应，步进电机即使在不通电的情况下也有一定的锁定力矩（见图4）。根据齿数和相位结构，转子共有个齿与定子齿轮相对，步进角度为1.8度（见图5）。步进角度定义为当电气周期完成度时，步进电机转子向前移动的机械角度。

图5:1.8°步进角度步进模式将双极性步进电机的结构简化可以更好地理解其控制方法（见图6）。

图6：双极性步进电机的简化示意图步进电机的定子和转子可以被看作只有一个齿，这使步进电机的驱动方式不同于其他电机。这种方法称为双全桥驱动，其中A相绕组连接到第一个全桥驱动器，而B相绕组连接到第二个全桥驱动器（见图7）。

图7：双全桥驱动器电路图双极性步进电机具有三种控制模式：单相步进、整步步进和半步步进（见表1）。表1:步进电机的控制模式

单相步进当电机按单相步进方式依次驱动A相和B相时，定子磁场发生变化，转子因极性吸引而转动。表1中详细描述了A相和B相(AB)的通电顺序和转子的旋转位置。单相步进过程具体包括三个步骤，如下所述：1.A相被驱动时，驱动电流从Q1流向Q4。在此期间，定子A的上端在N，下端在S，转子转到位置8（见图6）。2.接下来，B相被驱动，驱动电流从Q5流向Q8。定子B的一端在S，另一端在N，转子转到位置2（见图6）。3.在接下来的两个状态中，转子在循环启动顺序后开始旋转。图8显示了单相步进期间AB相的电流波形。

图8：AB相的单相步进电流波形整步步进与单相步进不同，A相和B相绕组在整步模式下将被同时驱动。另外还有四种对应的通电模式和转子电气位置；其位置空间在电气空间上不同于单相步进。转子可以根据器件的启动顺序旋转。图9显示了AB相的整步电流波形。

图9：整步（AB相电流波形）半步步进在半步模式下，单相和整步步进共同工作，可以提供更多的电气角度位置、更详细的电流波形和更平滑的旋转。图显示了单相到两相*作的非循环半步模式。这种模式在整步和半步之间交替生成8步序列。

图：非循环半步模式结语本文回顾了双极性步进电机的基本组件（定子和转子），及其三种主要的控制模式：单相步进、整步步进和半步步进。在下一篇文章中，我们将讨论双全桥驱动的微步进模式。MPS提供丰富的步进电机驱动器产品，可以满足各种应用需求。