MCU和DSP控制永磁步進(jìn)電機(jī)探討

本文介紹了一些重要的步進(jìn)電機(jī)相關(guān)技術(shù)，為開(kāi)發(fā)人員基本了解步進(jìn)電機(jī)的工作原理提供了足夠的信息，同時(shí)也介紹了用微控制器或數(shù)字信號(hào)處理器控制步進(jìn)電機(jī)的方法。

　　步進(jìn)電機(jī)也叫步進(jìn)器，它利用電磁學(xué)原理，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能。步進(jìn)電機(jī)有許多種形狀和尺寸，但不論形狀和尺寸如何，它們都可以歸為兩類(lèi)：可變磁阻步進(jìn)電機(jī)和永磁步進(jìn)電機(jī)。本文重點(diǎn)討論更為簡(jiǎn)單也更常用的永磁步進(jìn)電機(jī)。

　　圖1：具有雙齒槽和單繞組的定子

　　步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造

　　如圖1所示，步進(jìn)電機(jī)是由一組纏繞在電機(jī)固定部件--定子齒槽上的線(xiàn)圈驅(qū)動(dòng)的。通常情況下，一根繞成圈狀的金屬絲叫做螺線(xiàn)管，而在電機(jī)中，繞在齒上的金屬絲則叫做繞組、線(xiàn)圈、或相。如果線(xiàn)圈中電流的流向如圖1所示，并且我們從電機(jī)頂部向下看齒槽的頂部，那么電流在繞兩個(gè)齒槽按逆時(shí)針流向流動(dòng)。根據(jù)安培定律和右手準(zhǔn)則，這樣的電流會(huì)產(chǎn)生一個(gè)北極向上的磁場(chǎng)。

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　　圖2：雙相雙極電機(jī)

　　現(xiàn)在假設(shè)我們構(gòu)造一個(gè)定子上纏繞有兩個(gè)繞組的電機(jī)，內(nèi)置一個(gè)能夠繞中心任意轉(zhuǎn)動(dòng)的永久磁鐵，這個(gè)可旋轉(zhuǎn)部分叫做轉(zhuǎn)子。圖2給出了一種簡(jiǎn)單的電機(jī)，叫做雙相雙極電機(jī)，因?yàn)槠涠ㄗ由嫌袃蓚€(gè)繞組，而且其轉(zhuǎn)子有兩個(gè)磁極。如果我們按圖2a所示方向給繞組1輸送電流，而繞組2中沒(méi)有電流流過(guò)，那么電機(jī)轉(zhuǎn)子的南極就會(huì)自然地按圖中所示，指向定子磁場(chǎng)的北極。

　　再假設(shè)我們切斷繞組1中的電流，而按圖2b所示方向給繞組2輸送電流，那么定子的磁場(chǎng)就會(huì)指向左側(cè)，而轉(zhuǎn)子也會(huì)隨之旋轉(zhuǎn)，與定子磁場(chǎng)方向保持一致。

　　接著，我們?cè)賹⒗@組2的電流切斷，按照?qǐng)D2c的方向給繞組1輸送電流，注意：這時(shí)繞組1中的電流流向與圖2a所示方向相反。于是定子的磁場(chǎng)北極就會(huì)指向下，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，其南極也指向下方。

　　然后我們又切斷繞組1中的電流，按照?qǐng)D2d所示方向給繞組2輸送電流，于是定子磁場(chǎng)又會(huì)指向右側(cè)，從而使得轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，其南極也指向右側(cè)。

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　　圖3：雙相6極電機(jī)

　　最后，我們?cè)僖淮吻袛嗬@組2中的電流，并給繞組1輸送如圖2a所示的電流，這樣，轉(zhuǎn)子又會(huì)回到原來(lái)的位置。

　　至此，我們對(duì)電機(jī)繞組完成了一個(gè)周期的電激勵(lì)，電機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)了一整圈。也就是說(shuō)，電機(jī)的電頻率等于它轉(zhuǎn)動(dòng)的機(jī)械頻率。