一、什么是步進電機?
步進電機,又稱為脈沖電動機,是一種特殊的電動機,其工作原理是將電脈沖信號轉換為相應的角位移或線位移。這種電動機的顯著特點是每當輸入一個電脈沖信號時,它就會按照預定的角度或距離進行一步動作,因此得名“步進電機”。
步進電機的基本構造包括一個定子和一個轉子,定子通常包含多個電磁線圈,而轉子則由一系列磁極組成。通過依次激勵不同的定子線圈,可以精確地控制轉子的角位移。同時,步進電機的輸出角位移或線位移與輸入的脈沖數成正比,轉速則與脈沖頻率成正比,這使得步進電機具有極高的位置控制精度和可重復性。
步進電機在許多領域都有廣泛的應用,包括數控機床、醫療設備、家電、汽車、工業自動化、自動化設備、機器人、3D打印機等。在數控機床制造領域,步進電機可以直接將數字脈沖信號轉化為角位移,是數控機床最為理想的執行元件。在醫療設備中,步進電機可以實現精準定位和快速響應,提高設備的性能和效果。
二、步進電機的類型
步進電機根據結構主要有以下三種類型:
可變磁阻步進電機: 它們具有鐵芯轉子,該轉子被定子磁極吸引,并通過定子和轉子之間的最小磁阻提供運動。
永磁步進電機: 它們具有永磁轉子,根據施加的脈沖被排斥或吸引向定子。
混合式同步步進電機: 它們是變磁阻和永磁步進電機的組合。
除此之外,我們還可以根據定子繞組的類型將步進電機分為單極和雙極。
雙極步進電機: 此類電機的定子線圈沒有共用電線。這類步進電機的驅動方式不同且復雜,如果沒有微控制器,驅動電路也很難設計。
單極步進電機: 在這種類型的步進電機中,我們可以將兩個相繞組的中心抽頭用于公共接地或公共電源,如下所示。這使得驅動電機變得很容易,單極步進電機也有很多類型
三、步進電機的工作原理
步進電機的工作方式與直流電刷電機不同,直流電刷電機在端子上施加電壓時旋轉。另一方面,步進電機實際上具有圍繞中心齒輪形鐵片排列的多個帶齒電磁體。電磁體由外部控制電路(例如微控制器)供電。
為了使電機軸轉動,首先給一個電磁體通電,使齒輪的齒被磁力吸引到電磁體的齒上。當齒輪的齒與第一個電磁體對齊時,它們與下一個電磁體稍微偏移。因此,當下一個電磁體打開并且第一個電磁體關閉時,齒輪會稍微旋轉以與下一個電磁體對齊,并從那里重復該過程。每一次輕微的旋轉稱為一個步驟,整數個步驟構成一次完整的旋轉。
這樣,電機就可以精確轉動。步進電機不是連續旋轉,而是步進旋轉。 定子上固定有4個相互成90° 角的線圈。步進電機連接由線圈的互連方式決定。在步進電機中,線圈沒有連接。電機具有 90° 旋轉步長,線圈按循環順序通電,確定軸旋轉方向。
通過操作開關來顯示該電機的工作情況。線圈以 1 秒的間隔串聯激活。 每次激活下一個線圈時,軸都會旋轉 90° 。其低速扭矩將直接隨電流變化。
四、步進電機控制器電路圖
簡單的 555定時器步進電機控制器電路采用少量易于使用的組件進行設計。該電路使步進電機連續驅動,沒有任何中斷或步進停止。通過使用該電路,我們可以驅動具有不同額定電壓的單極步進電機。請記住,該電路僅使用 9V 電源,并且能夠驅動 12V 以下的步進電機。如果要驅動高于 12V 的步進電機,請為步進電機和功率開關晶體管添加外部電源。
該電路有兩部分,一部分用于產生方波脈沖振蕩,另一部分用于向步進電機提供步進脈沖。
我們知道步進電機也稱為步進電機,大多數是無刷直流電機,將其整個旋轉分成多個相等的步數,該電機可用于不同的應用,如3D打印機、數控機床、自動門等..,
這種步進電機根據定子繞組基本上分為兩類,
雙極步進電機
雙極步進電機每相只有一個繞組,只有4根引線連接兩組內部電磁鐵線圈,可以通過改變通過電機線圈的電流方向來實現正向和反向步進,這可能比單極更復雜,但H-電橋和步進電機驅動電路使其變得非常簡單。
單極步進電機
單極配有 5、6 和 8 根引線,并通過每相輸入的中心抽頭運行一個繞組。此圖顯示了不同類型的單極步進電機及其引線配置,請參閱步進電機的數據表以了解更多信息。
電路原理圖
這里,定時器IC 555用作非穩態多諧振蕩器,并基于定時電阻器和定時電容器振蕩方波脈沖。
第二級是十進制計數器IC CD4017級,該集成電路對來自定時器IC的方波脈沖進行計數,并通過Q0、Q1、Q2和Q3輸出引腳提供步進脈沖輸出,每個脈沖通過開關晶體管BC547饋送到步進電機線圈。
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