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步進電機工作原理詳解

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步進電機工作原理詳解

 

28BYJ-484相永磁式减速步進電機,其外观如圖9-3所示:

 

 

 

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9-3 步進電機外观

 

 

我們先來解釋4相永磁式的概念,28BYJ-48的内部结构示意圖9-4所示。先看裏圈,它上面有6個齒,分別標注爲05,這個叫做轉子,顧名思義,它是要轉動的,轉子的每個齒上都帶有永久的磁性,是一塊永磁體,這就是永磁式的概念。再看外圈,這個就是定子,它是保持不動的,實際上它是跟電機的外殼固定在一起的,它上面有8個齒,而每個齒上都纏上了一個線圈繞組,正對著的2個齒上的繞組又是串聯在一起的,也就是說正對著的2個繞組總是會同時導通或關斷的,如此就形成了4相,在圖中分别标注为A-B-C-D,這就是4的概念。 

 

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9-4

 

1.工作原理

假定电机的起始状态就如圖9-4所示,逆時針方向轉動,起始時是B相繞組的開關閉合,B相繞組導通,那麽導通電流就會在正上和正下兩個定子齒上産生磁性,這兩個定子齒上的磁性就會對轉子上的03产生最强的吸引力,就会如圖所示的那样,轉子的0號齒在正上、3號齒在正下而处于平衡状态;此时我们会发现,轉子的1號齒与右上的定子也就是C相的一個繞組呈現一個很小的夾角,2號齒与右边的定子也就是D相繞組呈現一個稍微大一點的夾角,很明顯這個夾角是1號齒和C繞組夾角的2倍,同理,左側的情況也是一樣的。

接下來,我們把B相繞組斷開,而使C相繞組導通,那麽很明顯,右上的定子齒将对轉子1産生最大的吸引力,而左下的定子齒将对轉子4號齒,产生最大的吸引力,在这个吸引力的作用下,轉子14號齒将对齐到右上和左下的定子齒上而保持平衡,如此,轉子就转过了起始状态时1號齒和C相繞組那個夾角的角度。

再接下來,斷開C相繞組,導通D相绕组,过程与上述的情况完全相同,最终将使轉子25號齒与定子D相绕组对齐,轉子又转过了上述同样的角度。

那麽很明顯,當A相繞組再次導通,即完成一個B-C-D-A的四节拍操作后,轉子的03號齒将由原來的對齊到上下2个定子齒,而变为了对齐到左上和右下的两个定子齒上,即轉子转过了一个定子齒的角度。依此类推,再来一个四节拍,轉子就将再转过一个齒的角度,8个四节拍以后轉子将转过完整的一圈,而其中单个节拍使轉子转过的角度就很容易计算出来了,即360/(8*4)=11.25度,这个值就叫做步进角度。而上述这种工作模式就是步進電機的单四拍模式——單相繞組通電四节拍。 我们再来讲解一种具有更优性能的工作模式,那就是在单四拍的每两个节拍之间再插入一个雙繞組导通的中间节拍,组成八拍模式。比如,在从B相導通到C項導通的過程中,假如一個B相和C相同時導通的節拍,這個時候,由于BC兩個繞組的定子齒对它们附近的轉子同时产生相同的吸引力,这将导致这两个轉子齒的中心线对比到BC兩個繞組的中心线上,也就是新插入的这个节拍使轉子转过了上述单四拍模式中步進角度的一半,即5.625度。这样一来,就使转动精度增加了一倍,而轉子转动一圈则需要8*8=64拍了。另外,新增加的這個中間節拍,還會在原來單四拍的兩個節拍引力之間又加了一把引力,大增加電機的整體扭力輸出,使電機更有勁了。

除了上述的單四拍和八拍的工作模式外,還有一個雙四拍的工作模式——雙繞組通電四節拍。其實就是把八拍模式中的兩個繞組同時通電的那四拍單獨拿出來,而舍棄掉單繞組通電的那四拍而已。其步進角度同單四拍是一樣的,但由于它是兩個繞組同時導通,所以扭矩會比單四拍模式大,在此就不做過多解釋了。

拍模式是這類4相步進電機的最佳工作模式,能最大限度的发挥电机的各项性能,也是绝大多数实际工程中所选择的模式,因此我们就重点来讲解如何用单片机程序来控制电机按八拍模式工作。再重新看一下上面的步進電機外观圖和内部结构圖:步進電機一共有5根引線,其中紅色的是公共端,連接到5V電源,接下來的橙、黃、粉、藍就對應ABCD相;那麽如果要導通A相繞組,就只需將橙色線接地即可,B相則黃色接地,依此類推;再根據上述單四拍和八拍工作過程的講解,可以得出下面的繞組控制順序表,如表9-1所示:

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2019年8月1日 09:14
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