MCU和DSP控制永磁步進電機探討

本文介紹了一些重要的步進電機相關技術，為開發人員基本了解步進電機的工作原理提供了足夠的信息，同時也介紹了用微控制器或數字信號處理器控制步進電機的方法。

　　步進電機也叫步進器，它利用電磁學原理，將電能轉換為機械能。步進電機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：可變磁阻步進電機和永磁步進電機。本文重點討論更為簡單也更常用的永磁步進電機。

　　圖1：具有雙齒槽和單繞組的定子

　　步進電機的構造

　　如圖1所示，步進電機是由一組纏繞在電機固定部件--定子齒槽上的線圈驅動的。通常情況下，一根繞成圈狀的金屬絲叫做螺線管，而在電機中，繞在齒上的金屬絲則叫做繞組、線圈、或相。如果線圈中電流的流向如圖1所示，并且我們從電機頂部向下看齒槽的頂部，那么電流在繞兩個齒槽按逆時針流向流動。根據安培定律和右手準則，這樣的電流會產生一個北極向上的磁場。

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　　圖2：雙相雙極電機

　　現在假設我們構造一個定子上纏繞有兩個繞組的電機，內置一個能夠繞中心任意轉動的永久磁鐵，這個可旋轉部分叫做轉子。圖2給出了一種簡單的電機，叫做雙相雙極電機，因為其定子上有兩個繞組，而且其轉子有兩個磁極。如果我們按圖2a所示方向給繞組1輸送電流，而繞組2中沒有電流流過，那么電機轉子的南極就會自然地按圖中所示，指向定子磁場的北極。

　　再假設我們切斷繞組1中的電流，而按圖2b所示方向給繞組2輸送電流，那么定子的磁場就會指向左側，而轉子也會隨之旋轉，與定子磁場方向保持一致。

　　接著，我們再將繞組2的電流切斷，按照圖2c的方向給繞組1輸送電流，注意：這時繞組1中的電流流向與圖2a所示方向相反。于是定子的磁場北極就會指向下，從而導致轉子旋轉，其南極也指向下方。

　　然后我們又切斷繞組1中的電流，按照圖2d所示方向給繞組2輸送電流，于是定子磁場又會指向右側，從而使得轉子旋轉，其南極也指向右側。

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　　圖3：雙相6極電機

　　最后，我們再一次切斷繞組2中的電流，并給繞組1輸送如圖2a所示的電流，這樣，轉子又會回到原來的位置。

　　至此，我們對電機繞組完成了一個周期的電激勵，電機轉子旋轉了一整圈。也就是說，電機的電頻率等于它轉動的機械頻率。