以正确的顺序给步进电机的线圈通电以实现单步执行是一项复杂的任务。因此,通常使用驱动器来实现对电机线圈的实际控制。有两种类型的步进电机驱动-恒压(L/R驱动)和恒流(斩波驱动)。L/R驱动主要限于低速应用,所以将侧重于斩波驱动。
驱动器通过解释来自控制器的数字步进和方向信号,并相应地向电机线圈供电,简化了步进电机的操作。所有电子器件都受欧姆定律和电流上升与电感的关系约束。对于步进电机来说,电机的设计(关于它的线圈)可以防止电流在脉冲(命令信号)期间快速增加,这意味着电流在没有非常高的电压的情况下永远无法达到峰值。这是一个问题,因为没有足够的电流,扭矩会很低,尤其是电机高速运转时。为了解决这个问题,斩波器驱动器执行所谓的脉宽调制(PWM)。
1、脉冲宽度调制(PWM)
脉冲宽度调制(PWM)涉及在每一步快速打开和关闭电机的输出电压。这会为电机线圈提供非常高的电压(通常是电机标称电压的8倍),导致电流迅速上升并高于其他情况。这种开关动作通常发生在20 kHz或更高的频率下,但电压接通时间受线圈阻抗和电机速度的影响因此在更高的速度下,电压打开的时间更长(脉冲宽度更大)以产生正确水平的平均电流(。
2、步进电机斩波器驱动
步进电机斩波器驱动器由与每个线圈串联的电流检测电阻器调节。电阻器在自身两端产生电压,然后由比较器监控。当此电压达到预设参考电压时,它会被斩波(关闭),直到出现下一个脉冲。这使得平均电流即使在电源电压发生任何变化时也能保持稳定,并通过确保电流峰值和谷值之间的间隔尽可能短来提高效率。
3、步进电机直线执行器
步进电机可以有一个连接到其旋转核心的螺纹轴,然后可以用来推动或拉动放置在其上的螺母,使其轴向移动。螺纹的螺距控制螺母每步可以移动多远,分辨率/精度部分取决于步进电机使用的步进角(全角、半角、四分之一等)。与大多数线性系统一样,步进驱动的线性致动器容易受到反冲的影响。齿隙是由螺母上的螺纹和丝杠上的螺纹之间的溢出或游隙引起的。当行进方向改变时,螺纹之间的间隙会导致死区。反转方向时,线性执行器将不会移动,直到螺纹之间的间隙消失(螺纹再次接触)。为此原因,建议螺纹的公差尽可能小。设计人员必须努力平衡在收紧公差时引入的反冲和摩擦。