步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造及控制技術(shù)解析

雖然單極電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器控制起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單，但由于在電機(jī)中使用了中心抽頭，因此它比雙極電機(jī)更復(fù)雜，而且其價(jià)格通常比雙極電機(jī)貴。此外，由于電流只流經(jīng)一半的電機(jī)繞組，所以單極電機(jī)只能產(chǎn)生一半的磁場(chǎng)。

在知道了單極電機(jī)和雙極電機(jī)的構(gòu)造原理之后，當(dāng)我們遇到一個(gè)沒(méi)有標(biāo)示抽頭也沒(méi)有數(shù)據(jù)手冊(cè)的電機(jī)時(shí)，我們就能自己推導(dǎo)出抽頭和繞組的關(guān)系。帶4個(gè)抽頭的電機(jī)就是一個(gè)雙相雙極電機(jī)，我們可以通過(guò)測(cè)量導(dǎo)線之間的阻抗來(lái)分辨哪兩個(gè)抽頭屬于同一個(gè)繞組。帶6個(gè)抽頭的電機(jī)可能是一個(gè)雙相單極電機(jī)，也可能是一個(gè)三相雙極電機(jī)，具體情況可以通過(guò)測(cè)量導(dǎo)線之間的阻抗來(lái)確定。

電機(jī)控制

本文前面討論的電機(jī)控制理論可以采用全硬件方案實(shí)現(xiàn)，也可以用微控制器或DSP實(shí)現(xiàn)。圖8說(shuō)明了如何用晶體管作為開(kāi)關(guān)來(lái)控制雙相單極電機(jī)。每個(gè)晶體管的基極都要通過(guò)一個(gè)電阻連接到微控制器的一個(gè)數(shù)字輸出上，阻值可以從1到10M歐姆，用于限制流入晶體管基極的電流。每個(gè)晶體管的發(fā)射極均接地，集電極連到電機(jī)繞組的4個(gè)抽頭。電機(jī)的中心抽頭均連接到電源電壓的正端。

每個(gè)晶體管的集電極均通過(guò)一個(gè)二極管連接到電壓源，以保護(hù)晶體管不被旋轉(zhuǎn)時(shí)電機(jī)繞組上的感應(yīng)電流燒壞。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，電機(jī)繞組上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)感應(yīng)電壓，如果晶體管集電極沒(méi)有通過(guò)二極管連接到電壓源，感應(yīng)電壓造成的電流就會(huì)涌入晶體管的集電極。

舉個(gè)例子，假設(shè)數(shù)字輸出do1為高而do2為低，于是do1會(huì)使晶體管T1導(dǎo)通，電流從+V流經(jīng)中心抽頭和T1的基極，然后由T1的發(fā)射極輸出。但此時(shí)do2處于斷開(kāi)狀態(tài)，因此電流無(wú)法流經(jīng)T2。這樣推理下去，我們就能將表3改為驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的微控制器數(shù)字輸出的改變順序。

一旦清楚了驅(qū)動(dòng)電機(jī)所需的硬件和數(shù)字輸出的順序，我們就可以對(duì)最順手的微控制器或DSP編寫(xiě)軟件，實(shí)現(xiàn)這些序列。

固件控制

我本人在一塊Microchip PIC16F877上，利用1N4003二極管和2SD1276A達(dá)靈頓晶體管實(shí)現(xiàn)了以上談到的電機(jī)控制器。PIC的PortA第0位到第3位用來(lái)做數(shù)字輸出。電機(jī)采用在Jameco購(gòu)買(mǎi)的5V雙相單極電機(jī)(Airpax [Thomson]生產(chǎn)，型號(hào)為M82101-P1)，并且用同一個(gè)5V電源為PIC和電機(jī)供電。但在真正應(yīng)用時(shí)，為避免給微控制器的電源信號(hào)引入噪聲，建議大家還是分別用不同的電源為電機(jī)和微控制器供電。