接線基礎(chǔ)知識(shí)：?jiǎn)螛O與雙極

改變步進(jìn)電機(jī)的速度和扭矩特性的一種簡(jiǎn)單方法是將其連接到不同類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)器或更改其接線配置。然而，還有更多。了解“單極”和“雙極”之間的優(yōu)缺點(diǎn)可以成就或破壞步進(jìn)電機(jī)的性能。

讓我們看看這兩種不同的速度-扭矩曲線。這些曲線實(shí)際上是從相同的“基本”電機(jī)但使用不同的驅(qū)動(dòng)程序生成的。注意速度和扭矩特性如何變化。提示：選擇特定速度，然后比較該速度下的扭矩。

帶雙極驅(qū)動(dòng)器的 NEMA 23 步進(jìn)電機(jī)

帶單極驅(qū)動(dòng)器的 NEMA 23 步進(jìn)電機(jī)

速度轉(zhuǎn)矩曲線顯示步進(jìn)電機(jī)在一組給定的電壓、電流和驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型下的性能特征，用于確定電機(jī)是否滿足應(yīng)用的轉(zhuǎn)矩和速度要求。速度轉(zhuǎn)矩曲線的形狀受電機(jī)的電氣特性影響，例如電流或電感。

回顧：扭矩是如何產(chǎn)生的?

首先，讓我們從頭開(kāi)始，回顧一下步進(jìn)電機(jī)的扭矩是如何產(chǎn)生的。我們知道轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動(dòng)電流與繞組匝數(shù)(線圈)的乘積成正比。圈數(shù)越大，扭矩越大，但犧牲了高速扭矩，從而限制了步進(jìn)電機(jī)有效運(yùn)行的最高速度。圈數(shù)越少，扭矩越低，速度越低，但速度越快，扭矩就越小。

讓我們來(lái)看看扭矩公式。

以下是電流如何影響步進(jìn)電機(jī)的速度扭矩曲線。

以下是繞組匝數(shù)如何影響步進(jìn)電機(jī)的速度轉(zhuǎn)矩曲線。

但是……如果您不能改變繞組電流或匝數(shù)怎么辦?

N(繞組匝數(shù))和 I(電流)通常是指定的，不能更改，那么您還能做些什么來(lái)改變速度轉(zhuǎn)矩曲線?如果您的步進(jìn)電機(jī)至少有 6 根電線，答案是查看“單極”和“雙極”接線配置。

“單極”和“雙極”是什么意思?

現(xiàn)在，讓我們看一下“單極”和“雙極”這兩個(gè)詞。這些詞到底是什么意思?

“單極”和“雙極”這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)起源于用于驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，單極中的“uni”是“一”的意思，雙極中的“bi”是“二”的意思。“極性”表示電極性和磁極性(僅供參考：電流的方向決定極性)。

“單極”和“雙極”步進(jìn)電機(jī)的主要區(qū)別在于中心抽頭線，它將繞組的整個(gè)線圈分成兩半。這可以用一根電線或兩根電線完成。如果你去掉中心抽頭，那么它就變成了雙極串聯(lián)連接。

“單極”驅(qū)動(dòng)器和“雙極”驅(qū)動(dòng)器之間的主要區(qū)別在于其發(fā)送電流的能力。驅(qū)動(dòng)器在一個(gè)方向或兩個(gè)方向上發(fā)送電流的能力與驅(qū)動(dòng)器使用的晶體管數(shù)量直接相關(guān)。雙極驅(qū)動(dòng)器需要的晶體管數(shù)量是單極驅(qū)動(dòng)器的兩倍，以便控制兩個(gè)方向的電流。

提示：澄清“雙極”、“雙極串聯(lián)”、“雙極并聯(lián)”等。

電機(jī)本身并沒(méi)有單極或雙極之分，但制造商可以根據(jù)引出線的多少將步進(jìn)電機(jī)分為“單極”或“雙極”。因此，六線步進(jìn)電機(jī)可歸類(lèi)為“單極”電機(jī)，四線步進(jìn)電機(jī)可歸類(lèi)為“雙極”電機(jī)。但是，請(qǐng)記住，“單極”電機(jī)始終可以轉(zhuǎn)換為“雙極”。

雖然“單極”和“雙極”是指所用驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型的術(shù)語(yǔ)，但“單極”、“雙極串聯(lián)”和“雙極并聯(lián)”用于描述電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器之間的接線。

稍后會(huì)詳細(xì)介紹。

通過(guò)從單極變?yōu)殡p極，或反之，我們實(shí)際上是在改變電機(jī)內(nèi)部繞組的電氣特性，如電壓、電阻和電感，以及轉(zhuǎn)矩特性。電機(jī)制造商通常會(huì)根據(jù)連接類(lèi)型為同一電機(jī)顯示不同的規(guī)格集。為具有相同框架尺寸和堆疊長(zhǎng)度的步進(jìn)電機(jī)提供了多種繞組選項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)靈活性。

為 NEMA 23(2.22 英寸/56.4 毫米)步進(jìn)電機(jī)提供的各種繞組，短堆疊長(zhǎng)度

正如您在上面看到的，連接的靈活性隨著引線數(shù)量的增加而增加。六線電機(jī)可以單極或雙極串聯(lián)連接。八線電機(jī)可以單極、雙極串聯(lián)或雙極并聯(lián)連接。

單極驅(qū)動(dòng)器有六個(gè)端子，用于連接來(lái)自電機(jī)的六根電線，而雙極驅(qū)動(dòng)器有四個(gè)端子，用于連接來(lái)自電機(jī)的四根、六根或八根電線。

雖然將四線雙極步進(jìn)電機(jī)連接到四端子雙極驅(qū)動(dòng)器非常簡(jiǎn)單，但您確實(shí)需要知道自己在做什么才能將六線或八線雙極步進(jìn)電機(jī)連接到雙極驅(qū)動(dòng)器。

不用擔(dān)心。在這篇文章的最后，我們分享了一個(gè)步進(jìn)電機(jī)接線備忘單，讓這一切變得更容易。

提示：我可以使用最大保持扭矩規(guī)格來(lái)確定步進(jìn)電機(jī)的尺寸嗎?

由于最大保持扭矩是步進(jìn)電機(jī)在零速或極低速度下的輸出扭矩，因此不建議將其用于電機(jī)選型。它用于指定電動(dòng)機(jī)在滿額定電流下可以產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩。

有哪些可能的接線方式?

將六線單極步進(jìn)電機(jī)連接到六端子單極驅(qū)動(dòng)器的方法只有一種，但根據(jù)電線數(shù)量和所需性能，將步進(jìn)電機(jī)連接到雙極驅(qū)動(dòng)器的方法有多種。雖然單極驅(qū)動(dòng)器更具成本效益，但雙極驅(qū)動(dòng)器提供更大的靈活性，并允許通過(guò)多種方式連接到四線、六線和八線步進(jìn)電機(jī)。

雙極接線配置分為雙極串聯(lián)、雙極并聯(lián)和雙極半線圈。

單極(6 或 8 線)

雙極系列(4 或 6 或 8 線)

雙極并聯(lián)(4 或 8 線)

雙極半線圈(6 或 8 線)

下面的示意圖顯示了電機(jī)繞組和驅(qū)動(dòng)晶體管電路。

單極和雙極半線圈

對(duì)于單極和雙極半線圈，我們基本上是將整個(gè)線圈分開(kāi)，一次使用一半繞組。通過(guò)這樣做，我們使用較少的繞組圈數(shù)，因此電機(jī)不會(huì)輸出很大的扭矩。由于電感保持較低，扭矩可以保持到更高的速度。

雙極系列

對(duì)于雙極系列，我們使用完整的線圈(繞組)。通過(guò)使用整個(gè)繞組，與單極相比，電機(jī)將輸出更大的扭矩。然而，電感也增加了四倍，因此扭矩在更高速度下迅速下降。

雙極并聯(lián)

為獲得最佳速度和扭矩特性，建議采用雙極并聯(lián)。這種接線配置也采用了全線圈，因此扭矩比單極提高了約40%。電感也保持在較低水平，這使得扭矩可以保持到更高的速度。但是，我們必須將電流增加約 40% 才能獲得這些優(yōu)勢(shì)。

特性的變化總結(jié)如下。

對(duì)于雙極并聯(lián)，我們具有低電感、高電流和低電壓，這是實(shí)現(xiàn)最佳整體轉(zhuǎn)矩性能的良好組合。

如何連接單極與雙極串聯(lián)、雙極并聯(lián)或雙極半線圈?

快速的答案是遵循正確的電機(jī)接線圖。首先確定步進(jìn)電機(jī)可能采用的接線配置，然后找到要遵循的正確接線圖。

下圖為不同引出線數(shù)的步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部繞組接線圖。通過(guò)跟蹤電流，您可以直觀地看到正在使用的繞組數(shù)量。如果對(duì)此感興趣，請(qǐng)發(fā)表評(píng)論。

4線5線6線8線

提示：四線步進(jìn)電機(jī)

四線步進(jìn)電機(jī)可以在內(nèi)部繞成雙極串聯(lián)或雙極并聯(lián)。電機(jī)制造商有時(shí)不會(huì)說(shuō)明四線電機(jī)是雙極串聯(lián)還是雙極并聯(lián)。然而，該行業(yè)正朝著雙極并聯(lián)作為并聯(lián)連接的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，以期獲得其性能優(yōu)勢(shì)。另一個(gè)因素是驅(qū)動(dòng)器成本的降低。

在這里，我們展示了如何從標(biāo)準(zhǔn)連接操作接線配置。

例如，要將八引線步進(jìn)電機(jī)連接到具有雙極并聯(lián)接線配置的雙極驅(qū)動(dòng)器，您必須將這些引線配對(duì)在一起，然后連接到相應(yīng)的端子：

將黑色和橙色連接到 A 端子

將黃色/綠色連接到 A- 端子

將紅色/棕色連接到 B 端子

將白色/藍(lán)色連接到 B- 端子

提示：步進(jìn)電機(jī)接線的三大

一個(gè)成功的步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)需要三個(gè)組件：

正確類(lèi)型的驅(qū)動(dòng)器(單極與雙極)

正確的電機(jī)類(lèi)型(正確的電線數(shù)量)

正確的接線配置(單極、雙極串聯(lián)、雙極并聯(lián)等)

步進(jìn)電機(jī)的接線方式是其內(nèi)部運(yùn)行方式以及最終性能的重要組成部分。

哪種接線方式最好?

這是一個(gè)技巧問(wèn)題。答案是它真的取決于你的應(yīng)用程序。接線配置的類(lèi)型通常包括在機(jī)器設(shè)計(jì)階段的電機(jī)選型部分。這些接線技巧還允許將同一電機(jī)重新用于不同的應(yīng)用。

例如，如果您使用的是單極步進(jìn)電機(jī)設(shè)置并希望針對(duì)不同的應(yīng)用增加其低速扭矩，則值得研究雙極串聯(lián)接線配置以保持相同的電機(jī)尺寸。為了獲得速度和扭矩的最佳組合，請(qǐng)嘗試雙極并聯(lián)。但是，它需要來(lái)自驅(qū)動(dòng)器的更多電流。請(qǐng)記住，這還取決于您擁有的驅(qū)動(dòng)器類(lèi)型以及它可以輸出多少電流。

以下是電機(jī)性能的差異，每個(gè)單獨(dú)的速度-扭矩曲線重疊。很容易看出雙極并聯(lián)(或平行雙極)如何表現(xiàn)最佳。

概括

通過(guò)不同方式連接同一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，您可以改變其繞組的電氣特性，進(jìn)而改變同一臺(tái)電機(jī)的性能特性以更好地適應(yīng)應(yīng)用。但是，您需要知道自己在做什么。

由于驅(qū)動(dòng)電路組件成本的降低，雙極并聯(lián)步進(jìn)電機(jī)正變得越來(lái)越流行。為了簡(jiǎn)化布線，Oriental Motor內(nèi)部纏繞，因此只有四根導(dǎo)線可以連接。為每個(gè)框架尺寸和堆疊長(zhǎng)度提供多種繞組選項(xiàng)，以最大限度地靈活集成到各種驅(qū)動(dòng)器的電氣設(shè)計(jì)中。 < >雙極并聯(lián)步進(jìn)電機(jī)

使用步進(jìn)電機(jī)時(shí)，最好確保整個(gè)團(tuán)隊(duì)在布線配置方面保持一致。您可以確定尺寸并購(gòu)買(mǎi)合適的電機(jī)，但接線不正確至少會(huì)造成一些混亂。

當(dāng)您使用單極和雙極步進(jìn)電機(jī)時(shí)，這里有一張備忘單可以提供幫助。如果有幫助，請(qǐng)隨時(shí)添加書(shū)簽。

< >備忘單：兩相步進(jìn)電機(jī)的單極/雙極連接

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審核編輯：湯梓紅