步进电机驱动器 - 设备、类型和功能

如今，步进电机用于许多工业应用。与其他类型的发动机相比，这种类型的发动机的特点在于它们可以实现工作体的高精度定位。显然，步进电机的运行需要精确的自动控制。为此，它们用作步进电机控制器，确保用于各种用途的电驱动器连续且准确地运行。

大致来说，步进电机的工作原理可描述如下。步进电机转子的每个完整旋转都包含几个步骤。大多数步进电机设计为 1.8 度步进，每转一圈有 200 步。当电源电压施加到特定的定子绕组时，驱动器会改变其步进位置。旋转方向取决于线圈中电流的方向。

下一步是关闭第一个绕组，给第二个绕组供电，依此类推，这样，每个绕组完成后，转子就会旋转一整圈。但这是一个粗略的描述，实际上算法有点复杂，这将在后面讨论。

步进电机控制算法

步进电机控制可根据四种基本算法之一实现：可变相位切换、相位重叠控制、半步控制或微步控制。

第一种情况，任意时刻只有一相通电，电机转子每一步的平衡点与关键平衡点重合——极点明确。

相位重叠控制允许转子步进到定子磁极之间的位置，与非相位重叠控制相比，这将扭矩增加了 40%。倾斜角度保持不变，但锁定位置发生变化 - 它位于定子磁极的波峰之间。前两种算法用于不需要非常高精度的电气设备。

半步控制是前两种算法的组合：一相（绕组）或两相由一步供电。步长减半，定位精度更高，电机发生机械共振的概率降低。

最后，微观模式。这里，相中的电流在大小上发生变化，使得每一步转子固定的位置落在两极之间的点上，并且根据同时连接的相中的电流的比率，可以获得几个这样的步。通过调整电流的比例，通过调整工作比例的数量，获得微步——转子最准确的定位。

在此处查看带有原理图的更多详细信息： 步进电机控制

步进电机驱动器

要将所选算法付诸实践，请实施步进电机驱动器……该驱动器包含一个电源和一个控制器部分。

驱动器的电源部分是 固态功率放大器，其任务是将施加到相位的电流脉冲转换为转子的运动：一个脉冲——一个精确的步长或微度。

Direction and Magnitude Of current——步长的方向和大小，即功率单元的任务是给相应的定子绕组提供一定大小和方向的电流，并保持这个电流一段时间，以及还可以快速打开和关闭电流，使设备的速度和功率特性与手头的任务相匹配。

传动机构的动力部分越完善，轴上可获得的扭矩就越大。总的来说，步进电机及其驱动器改进的进步趋势是从尺寸小、精度高的电机中获得显着的运行扭矩，同时保持高效率。

步进电机控制器

步进电机控制器是系统的智能部分，通常是在可重新编程的微控制器的基础上制作的。控制器负责在什么时间向哪个线圈供应多长时间和多少电流。控制器控制驾驶员动力单元的操作。

先进的控制器与电脑相连，可通过电脑进行实时调节。重复对微控制器重新编程的能力使用户无需在每次调整任务时都购买新的控制器——重新配置现有控制器就足够了，这就是灵活性，可以通过编程轻松地重新定位控制器以执行新功能.

当今市场上有来自不同制造商的各种具有可扩展功能的步进电机控制器。可编程控制器是指对程序进行记录，有的包含可编程逻辑块，可以针对某一工艺流程灵活配置控制步进电机的算法。

控制器功能

使用控制器控制步进电机可实现高达每转 20,000 微步的高精度。此外，管理可以直接从计算机进行，也可以通过缝入设备的程序或通过存储卡中的程序进行。如果在任务执行过程中参数发生变化，计算机可以询问传感器，监控变化的参数并迅速改变步进电机的运行模式。

市售的步进电机控制块连接到：电流源、控制按钮、时钟源、步进电位器等。这些块允许您快速将步进电机集成到设备中，以通过手动或自动控制执行重复的循环任务... 与外部设备同步并支持自动开启、关闭和控制的能力是步进电机控制单元无可争议的优势。

该设备可以直接从计算机控制，例如，如果您想运行一个程序 用于数控机床，或在没有额外外部控制的手动模式下，即自主，当步进电机轴的旋转方向由反向传感器设置，速度由电位器控制时。根据所用步进电机的参数选择控制装置。

根据目标的性质，选择步进电机控制方法。如果您需要设置一个简单的低功率电力驱动控制，每次将一个脉冲施加到一个定子绕组：对于一整圈，比如说 48 步，转子将每步移动 7.5 度。在这种情况下，单脉冲模式很好。

为了获得更高的扭矩，使用双脉冲 - 每个脉冲同时馈送到两个相邻的线圈。如果一整圈需要 48 步，那么又需要 48 个这样的双脉冲，每个都会导致步长为 7 .5 度，但扭矩比单脉冲模式多 40%。通过组合这两种方法，您可以通过划分步骤获得 96 个脉冲——每步获得 3.75 度——这是一种组合（半步）控制模式。