在了解步进电机的特性时,不仅要考虑电机结构的特性,还要考虑电机和控制系统的整体特性。仅聚焦在马达上提供了不完整的图像。控制系统对步进电机的特性起着重要的作用。
步进电机的基本进步是在可以执行的行程方向上提高效率和扭矩,同时降低机械惯性。步进驱动器的步骤由对象和电机的设计和机械特性以及电机的磁性和电气组件、提供其绕组的方法和最终控制算法来定义。
一、步进电机的双极和单极控制
在步进电机中,有两种基本类型:单极和双极。
具有两相的双极电机每相有一个绕组,而单极电机每相只有一个绕组,绕组,在中心有抽头。有些电机每相有两个绕组。它们能够以单极和双极模式运行。启用双极控制时,所有绕组带都参与运行,而使用单极控制时,一半带同时工作。
在双极驱动器中,使用一个两位开关或两个周期导通的晶体管可以改变中心内的磁场。在单相电机中,每相一个晶体管就足以控制电流。
单极控制允许电流仅沿一个方向在绕组中流动,而双极控制则保证电流流过两个不同的方向。单极替代方案的好处是它更简单且晶体管数量更少。缺点可能是它只适用于同时运行一半的绕组,这意味着不会产生全部扭矩。
双极控制的好处是扭矩利用率高,因为无论何时接收到脉冲,整个绕组都处于其状态。一般来说,双极电机需要更精密的控制系统。通过引入特殊电源IC解决了这个问题,该IC包含两个可以控制重要电流的晶体管桥。
二、波形控制
在波控制(也称为单相控制)中,一相在任何给定时间通电。它们的运算顺序是AB-A'-B'。这种控制的结果是执行一个完整的步骤。
波动电机被称为单极电机。这是由于一次使用的电机相数。对于具有单极和双极绕组以及相同绕组参数的电机,这种类型的供电会导致相同的机械运动。
这种类型在控制方面的缺点是使用单极绕组的电机仅消耗25%,而具有双极绕组的电机随时消耗电机总绕组的50%。这意味着不使用电机最大扭矩。
三、全步控制
当使用两相即全步控制时,两相同时被激活。操作顺序被描述为AB-A'B'。这种控制形式的结果与单相控制中的动作相同,只是转子的位置改变了半步。
然而,由于有两个电机同时运行,与单相控制相比,该电机可以实现两倍的扭矩,相当于总绕组的50%。使用全步控制,转子运动与波控制相同。
四、半步控制
半步控制比其他两种更复杂。半步控制是两相和一相控制的融合。它在切换到两相之前将定子馈送到一相。这导致了一个两倍短的过程。
这在很大程度上消除了其他两种操作的最大缺点,即在使用时机械共振对电机的影响。半步操作的方案按顺序AB-B-A'B-A'-A'B'-B'-AB'-A描述。
五、微控
微步控制是指绕组中的电压快速变化,将整个步骤分成更小的步骤。微步控制包括比半步或整步控制更快地转动定子中的磁场,这会导致噪音更小,并允许电机在低至0Hz频率时无噪音地移动。
电机共振的原因在于脉冲供能。对此的补救措施可能是使用微步。它是步进电机是同步电机。这意味着转子的恒定停止位置与定子中的磁场同步。转子旋转是通过旋转磁场来实现的。然后将转子移动到稳定位置。通过电机产生的扭矩取决于静止扭矩(保持扭矩)Ms,以及定子磁场与转子位置Qr之间的距离。
其中:Qs和Qr角距离以电度数表示。
如果您以全步或半步方式控制电机,定子中的磁场会在电机的每个相位中旋转90至45度。微步控制要求流过绕组的电流需要快速变化,从而将整个步分解为更小的步。在微步电机操作中,控制系统需要生成具有介于电流源的最高值和最低值之间的中间电平的信号。电机的电流带产生电磁通量矢量,其在地球上的位置由电流大小决定。
利用微步,可以实现更好的定位。一个标准步除以2-32次。在现实世界中,8和16的除法是通过减少电机共振的影响来实现的。如果您使用的是微步控制器,请务必注意,当您划分步长时,每微步的激发能量比率会降低。