步進電機驅動器 - 設備、類型和功能

如今，步進電機用於許多工業應用。與其他類型的發動機相比，這種類型的發動機的特點在於它們可以實現工作體的高精度定位。顯然，步進電機的運行需要精確的自動控制。為此，它們用作步進電機控制器，確保用於各種用途的電驅動器連續且準確地運行。

大致來說，步進電機的工作原理可描述如下。步進電機轉子的每個完整旋轉都包含幾個步驟。大多數步進電機設計為 1.8 度步進，每轉一圈有 200 步。當電源電壓施加到特定的定子繞組時，驅動器會改變其步進位置。旋轉方向取決於線圈中電流的方向。

下一步是關閉第一個繞組，給第二個繞組供電，依此類推，這樣，每個繞組完成後，轉子就會旋轉一整圈。但這是一個粗略的描述，實際上算法有點複雜，這將在後面討論。

步進電機控制算法

步進電機控制可根據四種基本算法之一實現：可變相位切換、相位重疊控制、半步控製或微步控制。

第一種情況，任意時刻只有一相通電，電機轉子每一步的平衡點與關鍵平衡點重合——極點明確。

相位重疊控制允許轉子步進到定子磁極之間的位置，與非相位重疊控制相比，這將扭矩增加了 40%。傾斜角度保持不變，但鎖定位置發生變化 - 它位於定子磁極的波峰之間。前兩種算法用於不需要非常高精度的電氣設備。

半步控制是前兩種算法的組合：一相（繞組）或兩相由一步供電。步長減半，定位精度更高，電機發生機械共振的概率降低。

最後，微觀模式。這裡，相中的電流大小發生變化，使得每一步的轉子固定位置落在兩極之間的點上，並且根據同時連接的相中的電流的比率，可以獲得幾個這樣的步。通過調整電流的比例，通過調整工作比例的數量，獲得微步——轉子最精確的定位。

在此處查看帶有原理圖的更多詳細信息： 步進電機控制

步進電機驅動器

要將所選算法付諸實踐，請實施步進電機驅動器……該驅動器包含一個電源和一個控制器部分。

驅動器的電源部分是 固態功率放大器，其任務是將施加到相位的電流脈沖轉換為轉子的運動：一個脈衝——一個精確的步長或微度。

Direction and Magnitude Of current——步長的方向和大小，即功率單元的任務是給相應的定子繞組提供一定大小和方向的電流，並保持這個電流一段時間，以及還可以快速打開和關閉電流，使設備的速度和功率特性與手頭的任務相匹配。

驅動機構的動力部分越完善，軸上可獲得的扭矩就越大。總的來說，步進電機及其驅動器改進的進步趨勢是從尺寸小、精度高的電機中獲得顯著的運行扭矩，同時保持高效率。

步進電機控制器

步進電機控制器是系統的智能部分，通常是在可重新編程的微控制器的基礎上製作的。控制器負責在什麼時間向哪個線圈供應多長時間和多少電流。控制器控制駕駛員動力單元的操作。

先進的控制器與電腦相連，可通過電腦進行實時調節。重複對微控制器重新編程的能力使用戶無需在每次調整任務時都購買新的控制器——重新配置現有控制器就足夠了，這就是靈活性，可以通過編程輕鬆地重新定位控制器以執行新功能.

當今市場上有來自不同製造商的各種具有可擴展功能的步進電機控制器。可編程控制器是指對程序進行記錄，有的包含可編程邏輯塊，可以針對某一工藝流程靈活配置控制步進電機的算法。

控制器功能

使用控制器控制步進電機可實現高達每轉 20,000 微步的高精度。此外，管理可以直接從計算機進行，也可以通過縫入設備的程序或通過存儲卡中的程序進行。如果在任務執行過程中參數發生變化，計算機可以詢問傳感器，監控變化的參數並迅速改變步進電機的運行模式。

市售的步進電機控制塊連接到：電流源、控制按鈕、時鐘源、步進電位器等。這些塊允許您快速將步進電機集成到設備中，以通過手動或自動控制執行重複的循環任務... 與外部設備同步並支持自動開啟、關閉和控制的能力是步進電機控制單元無可爭議的優勢。

該設備可以直接從計算機控制，例如，如果您想運行一個程序 用於數控機床，或在沒有額外外部控制的手動模式下，即自主，當步進電機軸的旋轉方向由反向傳感器設置，速度由電位器控制時。根據所用步進電機的參數選擇控制裝置。

根據目標的性質，選擇步進電機控制方法。如果您需要設置一個簡單的低功率電力驅動控制，每次將一個脈衝施加到一個定子繞組：對於一整圈，比如說 48 步，轉子將每步移動 7.5 度。在這種情況下，單脈沖模式很好。

為了獲得更高的扭矩，使用雙脈衝 - 每個脈衝同時饋送到兩個相鄰的線圈。如果一整圈需要 48 步，那麼又需要 48 個這樣的雙脈衝，每個都會導致步長為 7 .5 度，但扭矩比單脈沖模式多 40%。通過組合這兩種方法，您可以通過劃分步驟獲得 96 個脈衝——每步獲得 3.75 度——這是一種組合（半步）控制模式。