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步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号,转子就转动一个角度或前进一步,其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比,转速与脉冲频率成正比。因此,步进电动机又称脉冲电动机。简单地说,就是把电转化成动力,由此我们可以很容易的想到高中时学到的电磁铁原理,让线圈产生磁,通过中间的磁铁作用力旋转。
步进电机相对于其它控制用途电机的最大区别是,它接收数字控制信号(电脉冲信号)并转化成与之相对应的角位移或直线位移。也就是说,它本身就可以把信号转化成运动。而且它可开环位置控制,输入一个脉冲信号就得到一个规定的位置增量,与传统的直流控制系统相比,其成本明显减低,几乎不必进行系统调整。所以他给我们带来了很大的方便。要是想要他执行起来也很简单,只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序,即可获得所需的转角、速度和方向。
步进电机在构造上有三种主要类型:反应式(Variable Reluctance,VR)、永磁式(Permanent Magnet,PM)和混合式(Hybrid Stepping,HS)。
反应式:定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小,可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大,可靠性难保证。
永磁式:永磁式步进电机的转子用永磁材料制成,转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大,但这种电机精度差,步矩角大(一般为7.5°或15°)。
混合式:混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点,其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料,转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好,步距角小,但结构复杂、成本相对较高。
按定子上绕组来分,共有二相、三相和五相等系列。在这篇文章里,我们主要讲的就是四相。
现在,让我们来看看步进电机到底是怎么运作的吧!
ABCD为定子,上面绕有线圈,为四相,与之相对应的对面四个定子上面也有线圈,相对应的两个定子之间线圈是相互连接形成一个绕组。
单四拍模式:如当前为初始状态,B相导通,对0的吸引力最大。
接下来B断开,C导通,1和C相之间夹角最小被吸引过去,被吸引过去之前2和D相之间夹角为1和C相之间夹角的2倍,1被吸引到C以后,2和D之间最近,此时0和A之间的夹角为2和D之间的2倍,
接下来C断开,D导通,2被吸引到D,此时0距离A最近
D断开A导通,0被吸引到A相,至此一个周期完成,旋转角度为360/8=45度。
双拍工作方式就是:每次给两个线圈通电,通过改变通电的线圈从而使步进电机转动。
五线四相步进电机:在双拍工作方式下,线圈的通电方式依次是:AB、BC、CD、DA;
即单拍工作方式下,线圈的通电方式依次是:A、B、C、D;
单双拍(八拍工作方式)
单双拍工作方式就是单拍工作方式和双拍工作方式交替进行。
五线四相步进电机:A、AB、B、BC、C、CD、D、DA;
首先,我们来让电机做个简单的转圈圈吧!
int a1 = 2; int b1 = 3; int c1 = 4; int d1 = 5; int sudu = 5; void setup() { pinMode(a1, OUTPUT); pinMode(b1, OUTPUT); pinMode(c1, OUTPUT); pinMode(d1, OUTPUT); } void loop() { pin_a1(); delay(sudu); pin_b1(); delay(sudu); pin_c1(); delay(sudu); pin_d1(); delay(sudu); } void pin_a1() { digitalWrite(a1, HIGH); digitalWrite(b1, LOW); digitalWrite(c1, LOW); digitalWrite(d1, LOW); } void pin_b1() { digitalWrite(a1, LOW); digitalWrite(b1, HIGH); digitalWrite(c1, LOW); digitalWrite(d1, LOW); } void pin_c1() { digitalWrite(a1, LOW); digitalWrite(b1, LOW); digitalWrite(c1, HIGH); digitalWrite(d1, LOW); } void pin_d1() { digitalWrite(a1, LOW); digitalWrite(b1, LOW); digitalWrite(c1, LOW); digitalWrite(d1, HIGH); }
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