步進(jìn)電機(jī)的工作原理

步進(jìn)電動機(jī)是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成機(jī)械角位移的控制電機(jī)。所謂電脈沖，類似于脈搏，感受到脈搏跳動的時候類似于脈沖的高電平，不跳的時候為低電平，這就是電脈沖信號。角位移單位是弧度。

步進(jìn)電機(jī)可分為反應(yīng)式，永磁式，混合式。各有優(yōu)點，按實際需求選擇，反應(yīng)式的步距角小，精度高；永磁式的力矩大。混合式的具有精度高，力矩大的特點，但成本高。下面以反應(yīng)式為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。步進(jìn)電機(jī)主要由兩部分構(gòu)成：

定子和轉(zhuǎn)子。定子和轉(zhuǎn)子在學(xué)過直流電機(jī)后就不陌生了。但是，步進(jìn)電機(jī)以三相的為例，其定子和轉(zhuǎn)子上分別有六個、四個磁極 。上圖中，A與A‘組成一相；B與B’為一相；C與C‘為一相。所以此步進(jìn)電機(jī)為三相步進(jìn)電機(jī)。

步進(jìn)電機(jī)接收到一個電脈沖信號，就會相應(yīng)的轉(zhuǎn)動一個固定的角度，這個固定的角度，就是步進(jìn)電機(jī)其中的一個重要參數(shù)，步距角。細(xì)致來說，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)接收到一個電脈沖信號后，A 相通電，A 方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉(zhuǎn)子被磁化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)、定子的齒對齊停止轉(zhuǎn)動。即A 相通電使轉(zhuǎn)子1、3齒和 AA’ 對齊；下一個脈沖信號來， B 相通電使轉(zhuǎn)子2、4齒和 BB‘ 對齊；第三個脈沖信號來后， C 相通電使轉(zhuǎn)子3、1齒和 CC’ 對齊。這種驅(qū)動方式即為三相三拍驅(qū)動方式。如下圖：

所以，步進(jìn)電機(jī)是靠脈沖數(shù)量來轉(zhuǎn)動的，需要轉(zhuǎn)多少圈就給相應(yīng)個數(shù)的脈沖數(shù)。因此，步進(jìn)電機(jī)能夠達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，也就是控制多長時間給一個脈沖，從而達(dá)到調(diào)速的目的。每輸入一個電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)。即如果按照A、B、C相的通電順序為正轉(zhuǎn)，那么按照C、B、A相的順序通電則電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。

實現(xiàn)方法：

通過對直流電機(jī)的學(xué)習(xí)，我們知道，電機(jī)是電流驅(qū)動的元件，需要大電流才能工作。步進(jìn)電機(jī)依然。而單片機(jī)輸出口的驅(qū)動能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，也需要借助另一個元件來實現(xiàn)對步進(jìn)電機(jī)的控制。另一個元件即為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動控制器。單片機(jī)通過控制驅(qū)動器來間接的控制步進(jìn)電機(jī)。這里我們以四相五線制步進(jìn)電機(jī)為例，驅(qū)動器選擇熟悉的ULN2003元件，在此也是放大驅(qū)動電流的作用。該芯片最多可一次驅(qū)動八線步進(jìn)電機(jī)。實例中采用的是四相無線制24BYJ-48步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動電壓為5V，驅(qū)動方式為四相四拍。

基本電路原理圖如下：