步进电机

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步进电机由于其独特的设计,可以在没有任何反馈机制的情况下进行高精度控制。步进电机的轴上装有一系列磁铁,由一系列电磁线圈控制,这些线圈按特定顺序带正负电,以小“步”精确地向前或向后移动。

原理

步进电机有两种类型,单极和双极,了解你使用的是哪种类型非常重要。在本实验中,我们将使用单极步进电机。

步进电机是四相电机,使用单极性直流电源。只要按适当的时序给电机的所有相绕组通电,就可以使其逐步转动。四相无功步进电机原理图:

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图中,电机的中间是一个转子——一个齿轮状的永磁体。在转子周围,0到5是齿。再往外,有8个磁极,每两个相对的磁极通过线圈绕组相连。所以它们从A到D形成四对,称为相。它有四根引线连接开关SA、SB、SC和SD。因此,电路中四相并联,一相的两个磁极串联。

以下是 4 相步进电机的工作原理:

开始时,开关SB通电,开关SA、SC、SD断电,B相磁极对准转子的0、3齿。同时,齿 1 和齿 4 产生 C 相和 D 相极的交错齿。齿 2 和 5 生成具有 D 和 A 相极的交错齿。当开关SC通电时,开关SB、SA、SD断电,转子在C相绕组的磁场和1、4齿之间的磁场作用下旋转。此时1、4齿与C-的磁极对齐相绕组。而0号和3号齿产生A、B相磁极的交错齿,2、5号齿产生A、D相磁极的交错齿。类似的情况还在继续。依次给A、B、C、D相通电,转子按A、B、C、D的顺序转动。

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四相步进电机有单四步、双四步、八步三种运行方式。单四步和双四步的步距角相同,但单四步的驱动力矩较小。八步的步距角是单四步和双四步的一半。因此,八步工作模式可以保持较高的驱动扭矩,提高控制精度。在这个实验中,我们让步进电机工作在八步模式。

ULN2003 模块

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要将电机应用到电路中,需要使用驱动板。步进电机驱动器- ULN2003 (数据表) 是一个 7 通道逆变器电路。即当输入端为高电平时,ULN2003的输出端为低电平,反之亦然。如果我们给IN1提供高电平,给IN2、IN3和IN4提供低电平,那么输出端OUT1为低电平,其他所有输出端都为高电平。于是D1亮,开关SA通电,步进电机转一圈。类似的情况不断重复。因此,只要给步进电机一个特定的时序,它就会一步一步地转动。这里的 ULN2003 用于为步进电机提供特定的时序。

示例