步进电动机工作原理改为步进电动机工作原理详解

步进电动机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转变成角位移，即给一个脉冲，步进电动机就转一个角度，因此非常适合单片机控制。在非超载的情况下，电动机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响。步进电动机只有周期性的误差而无累积误差，精度高。

步进电动机有如下特点：

1）步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比。因此，当它转一圈后，没有累计误差，具有良好的跟随性。

2）由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统，既简单、廉价，又非常可靠。同时，它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。

3）步进电动机的动态响应快，易于起、停，正、反转及变速。

4）速度可在相当宽的范围内平稳调整，低速下仍能获得较大转矩，因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。

5）步进电动机通过脉冲电源供电才能运行，不能直接使用交流电源和直流电源。

6）步进电动机存在振荡和失步现象，必须对控制系统和机械负载采取相应措施。

7）步进电动机具有控制和机械结构简单的优点，使用灵活。

图12-1所示为四相六线制步进电动机示意图。其中，A相与B相为一组，C相与D相为一组，中间引出抽头，从外表上看引出了六根线。

1）结构。电动机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有4个励磁绕组，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开一定角度：0、1/4τ、2/4τ、3/4τ（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以τ表示），即B与齿0相对齐，C与齿1向右错开1/4τ，D与齿2向右错开2/4τ，A与齿3向右错开3/4τ，B′与齿3相对齐（B′就是B，齿3就是齿0）。(www.xing528.com)

2）旋转。如B相通电，C、D、A相不通电时，由于磁场作用，齿0与B对齐（转子不受任何力，以下均同）。如C相通电，A、B、D相不通电时，齿1应与C对齐，此时转子逆时针移过1/4τ，此时齿2与D偏移为1/4τ，齿3与A偏移2/4τ。如D相通电，A、B、C相不通电，齿2应与D对齐，此时转子又逆时针移过1/4τ，此时齿3与A偏移为1/4τ。如A相通电，B、C、D相不通电，齿3与A对齐，转子又逆时针移过1/4τ，此时齿1与B偏移为1/4τ。如果不断地按A、B、C、D、A…顺序通电，电动机就每步（每脉冲）1/4τ，向逆时针旋转。如按D、C、B、A、D…顺序通电，电动机就反转。由此可见，电动机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。不过，出于对转矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑，往往采用A-AB-B-BC-C-CD-D-DA这种导电状态，这样将原来每步1/4τ改变为1/8τ。甚至于通过两相电流不同的组合，使其1/4τ变为1/16τ、1/32τ，这就是电动机细分驱动的基本理论依据。不难推出：电动机定子上有m相励磁绕组，其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m、2/m…、（m-1）/m、1。并且导电按一定的相序，电动机就能正、反转被控制。

步进电动机有两种工作方式：整步方式和半步方式。以步进角1.8°四相混合式步进电动机为例，在整步方式下，步进电动机每接收一个脉冲，旋转1.8°，旋转一周，则需要200个脉冲。在半步方式下，步进电动机每接收一个脉冲，旋转0.9°，旋转一周，则需要400个脉冲。控制步进电动机旋转必须按一定时序对步进电动机引线输入脉冲。以上述四相六线制步进电动机为例，其半步工作方式和整步工作方式的控制时序见表12-1和表12-2。

图12-1 四相六线制电动机步进示意图

表12-1 四相步进电动机半步时序表

表12-2 四相步进电动机整步时序表

步进电动机在低频工作时.会有振动大、噪声大的缺点。如果使用细分方式，就能很好地解决这个问题。步进电动机的细分控制，从本质上讲是通过对步进电动机励磁绕组中电流的控制，使步进电动机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场，从而实现步进电动机步距角的细分。一般情况下，合成磁场矢量的幅值决定了步进电动机旋矩的大小，相邻两合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步距角的大小。步进电动机半步工作方式就蕴涵了细分的工作原理。

实现细分方式有多种方法，最常用的是脉宽调制式斩波驱动方式，大多数专用的步进电动机驱动芯片都采用这种驱动方式，TA8435就是其中一种芯片。