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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相永磁式減速步進電機,其外觀如圖9-3所示:

 

 

 

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9-3 步進電機外觀

 

 

我們先來解釋4相永磁式的概念,28BYJ-48的內部結構示意圖9-4所示。先看里圈,它上面有6個齒,分別標注為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,在圖中分別標注為A-B-C-D,這就是4的概念。 

 

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9-4

 

1.工作原理

假定電機的起始狀態就如圖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,那么導通電流就會在正上和正下兩個定子齒上產生磁性,這兩個定子齒上的磁性就會對轉子上的03產生最強的吸引力,就會如圖所示的那樣,轉子的0號齒在正上、3號齒在正下而處于平衡狀態;此時我們會發現,轉子的1號齒與右上的定子也就是C相的一個繞組呈現一個很小的夾角,2號齒與右邊的定子也就是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,那么很明顯,右上的定子齒將對轉子1產生最大的吸引力,而左下的定子齒將對轉子4號齒,產生最大的吸引力,在這個吸引力的作用下,轉子14號齒將對齊到右上和左下的定子齒上而保持平衡,如此,轉子就轉過了起始狀態時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相繞組,過程與上述的情況完全相同,最終將使轉子25號齒與定子D相繞組對齊,轉子又轉過了上述同樣的角度。

那么很明顯,當A相繞組再次導通,即完成一個B-C-D-A的四節拍操作后,轉子的03號齒將由原來的對齊到上下2個定子齒,而變為了對齊到左上和右下的兩個定子齒上,即轉子轉過了一個定子齒的角度。依此類推,再來一個四節拍,轉子就將再轉過一個齒的角度,8個四節拍以后轉子將轉過完整的一圈,而其中單個節拍使轉子轉過的角度就很容易計算出來了,即360/(8*4)=11.25度,這個值就叫做步進角度。而上述這種工作模式就是步進電機的單四拍模式——單相繞組通電四節拍。 我們再來講解一種具有更優性能的工作模式,那就是在單四拍的每兩個節拍之間再插入一個雙繞組導通的中間節拍,組成八拍模式。比如,在從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兩個繞組的定子齒對它們附近的轉子同時產生相同的吸引力,這將導致這兩個轉子齒的中心線對比到BC兩個繞組的中心線上,也就是新插入的這個節拍使轉子轉過了上述單四拍模式中步進角度的一半,即5.625度。這樣一來,就使轉動精度增加了一倍,而轉子轉動一圈則需要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,能最大限度的發揮電機的各項性能,也是絕大多數實際工程中所選擇的模式,因此我們就重點來講解如何用單片機程序來控制電機按八拍模式工作。再重新看一下上面的步進電機外觀圖和內部結構圖: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;那么如果要導通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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