對(duì)于業(yè)余愛好者來說，容易得到的步進(jìn)電機(jī)是單極性(又稱雙線或4相)和雙極性(又稱單線或兩相)步進(jìn)電機(jī)。

一、單極性步進(jìn)電機(jī)

這種步進(jìn)電機(jī)之所以稱為單極性是因?yàn)槊總€(gè)繞組中電流僅沿一個(gè)方向流動(dòng)。它也被稱為兩線步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗缓袃蓚€(gè)線圈。兩個(gè)線圈的極性相反，卷繞在同一鐵芯上，具有同一個(gè)中間抽頭。單極性步進(jìn)電機(jī)還被稱為4相步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗?/SPAN>4個(gè)激勵(lì)繞組。單極性步進(jìn)電機(jī)的引線有5或6根。

如果步進(jìn)電機(jī)的引線是5根，那么其中一根是公共線(連接到V+)，其他4根分別連到電機(jī)的4相。如果步進(jìn)電機(jī)的引線是6根，那么它是多段式單極性步進(jìn)電機(jī)有兩個(gè)繞組，每個(gè)繞組分別有一個(gè)中間抽頭引線。但是如何分辨這些引線呢?請(qǐng)繼續(xù)讀下述內(nèi)容。

1．分辨5線單極性步進(jìn)電機(jī)接頭

為了找出5線單極性步進(jìn)電機(jī)各條引線的正確配置，事先需要做一番實(shí)際上很簡單的考察。圖1給出了5線步進(jìn)電機(jī)的基本引線配置。

為了找出正確的引線順序并使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，需要一塊電池和一段膠帶(當(dāng)然也需要一個(gè)5引線步進(jìn)電機(jī))。備好記號(hào)筆來標(biāo)注引線以便分辨它們。按以下步驟操作：

①用數(shù)字萬用表找到公共線。其他引線與 公共線之間的電阻測(cè)量值都相同。

將此線連接到電池的V+。5V或6V就足夠測(cè)試用了。

②膠帶粘貼到步進(jìn)電機(jī)的輸出鈾上，并使它垂直于軸端伸出成為一個(gè)標(biāo)志。此標(biāo)志的作用在于判斷電機(jī)是否轉(zhuǎn)動(dòng)。

③任意挑出一條引線稱之為相1。若將此線接地，則電機(jī)輸出軸將做輕微的轉(zhuǎn)動(dòng)?，F(xiàn)在步進(jìn)電機(jī)被鎖定在相1的位置上。如圖2所示。

④取另一根引線并將其接地，仔細(xì)觀察輸出軸上的膠帶。如果輸出軸向右輕微地旋轉(zhuǎn)，那么此根引線是相2。如圖3所示。

⑤取另一根線并將其接地，仔細(xì)觀察輸出軸上的膠帶。如果輸出軸向左輕微地旋轉(zhuǎn)，那么此根引線是相4。如圖4所示。

⑥再取另一根線并將其接地，仔細(xì)觀察輸出軸上膠帶的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果輸出軸不旋轉(zhuǎn)，那么此根引線就是相3。如圖5所示。

2．分辨6線單極性步進(jìn)電機(jī)接頭

回收打印機(jī)舊電機(jī)時(shí)常遇到這種類型的單極性步進(jìn)電機(jī)。6線單極性步進(jìn)電機(jī)通?？雌饋硐袷莾蓚€(gè)單段式電機(jī)疊放在一起，每個(gè)單段有3根線引出(參見圖6)。這種步進(jìn)電機(jī)的引線非常容易分辨。

分辨6線步進(jìn)電機(jī)引線順序的工作相當(dāng)簡單。如果它的結(jié)構(gòu)形式是多段式步進(jìn)電機(jī)，那么引線的順序?qū)嶋H上已經(jīng)給出了，用數(shù)字萬用表可以找出每對(duì)繞組的公共線。只要保持繞組對(duì)的兩根引線對(duì)應(yīng)一致，它們的順序并無關(guān)緊要，僅會(huì)影響電機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向而已。

如果不是多段式的6線步進(jìn)電機(jī)，可以按以下步驟確定繞組對(duì)的引線：

①使用數(shù)字萬用表找出每對(duì)繞組的公共端。

②照上述方法能找出兩個(gè)繞組對(duì)，分隔它們并加以標(biāo)記。請(qǐng)將其中一個(gè)繞組對(duì)標(biāo)記為A和C(也可以是1和3)，另一個(gè)標(biāo)記為B和D(也可以是2和4)。在每一對(duì)繞組中，哪條引線是何順序并不重要，只要成對(duì)就足夠了。

二、單極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式

單極性步進(jìn)電機(jī)可以來用三種步進(jìn)方式：單拍、雙拍、半拍方式。單拍步進(jìn)方式是指每次僅給一個(gè)繞組通電，結(jié)果導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并運(yùn)動(dòng)到轉(zhuǎn)子永磁體與具有相反極性的繞組對(duì)齊的位置。雙拍方式同時(shí)給兩個(gè)繞組通電，這樣就導(dǎo)致轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，并在永磁體到達(dá)兩個(gè)通電繞組的中間位置點(diǎn)時(shí)平衡。雙拍方式的優(yōu)點(diǎn)是比單拍方式多獲得41.4％的輸出力矩，不過代價(jià)是需要花費(fèi)后者兩倍的能量，因?yàn)樗袃上嗬@組同時(shí)通電。，半拍方式工作時(shí)則讓兩個(gè)繞組通電與單個(gè)繞組通電方式交替地進(jìn)行。半拍方式的輸出力矩比雙拍方式小，隨設(shè)計(jì)不同，在15％——30％之間變化，不過它可以獲得雙拍方式兩倍的步進(jìn)分辨率(每周兩倍的步數(shù))。

表1到表3給出了在這三種步進(jìn)方式下繞組通電的過程。要使步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)，只需將通電過程反向即可。

三、雙極性步進(jìn)電機(jī)

雙極性步進(jìn)電機(jī)之所以如此命名，是因?yàn)槊總€(gè)繞組都可以兩個(gè)方向通電。因此每個(gè)繞組都既可以是N極又可以是S極。它又被稱為單繞組步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)槊繕O只有單一的繞組，它還被稱為兩相步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)榫哂袃蓚€(gè)分離的線圈。

雙極性步進(jìn)電機(jī)有四根引線，每個(gè)繞組兩條。與同樣尺寸和重量的單極性步進(jìn)電極相比，雙極性步進(jìn)電機(jī)具有更大的驅(qū)動(dòng)能力，原因在于其磁極(不是中間抽頭的單一線圈)中的場(chǎng)強(qiáng)是單極性步進(jìn)電機(jī)的兩倍。雙極性步進(jìn)電機(jī)的每個(gè)繞組需要一個(gè)可逆電源，通常由H橋驅(qū)動(dòng)電路提供。由于雙極性步進(jìn)電機(jī)比單極性步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩大，因此總是應(yīng)用于空間有限的設(shè)計(jì)中。這也是軟盤驅(qū)動(dòng)器的磁頭步進(jìn)機(jī)械系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)之所以總是采用雙極性步進(jìn)電機(jī)的原因。

可以相當(dāng)簡單地使用數(shù)字萬用表來查找兩個(gè)繞組。如果在某兩根引線之間能夠測(cè)量到阻值，那么這兩根引線之間就屬于一個(gè)繞組，其他兩根線之間是另外一個(gè)繞組。雙極性步進(jìn)電機(jī)的步距通常是1.8°，也就是每周200步。

四、雙極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式

雙極性步進(jìn)電機(jī)具有和單極性步進(jìn)電機(jī)相同的步進(jìn)方式，僅僅由于繞組配置的不同，在實(shí)現(xiàn)上存在一些差別。雙極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式如表4到表6所示。

五、步進(jìn)驅(qū)動(dòng)方式的相似之處

如果讀者是聰明的，或者在實(shí)踐時(shí)很細(xì)心，也許就會(huì)注意到單極性步進(jìn)電機(jī)和雙極性步進(jìn)電機(jī)在步進(jìn)驅(qū)動(dòng)方式上是極其相似的。以前面介紹的單極性步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)方式表格為例，交換列B和列C的位置，將所有的“通”替換為“+”，然后在與狀態(tài)為“+”的引線同一繞組的另一列中補(bǔ)上“-”，就將看到和上面雙極性步進(jìn)電機(jī)同樣格式的表格，只是電機(jī)的轉(zhuǎn)向相反。這說明控制單極性步進(jìn)電機(jī)的任何邏輯也可以用來驅(qū)動(dòng)雙極性步進(jìn)電機(jī)。注意是邏輯，而非驅(qū)動(dòng)電路。雙極性步進(jìn)電機(jī)的繞組需要H橋電路，而單極性步進(jìn)電機(jī)僅僅需要一個(gè)簡單的晶體管開關(guān)。做到在控制單極性步進(jìn)電機(jī)和雙極性步進(jìn)電機(jī)之間切換，惟一需要的變化是交換B和C的邏輯輸出。

六、通用步進(jìn)電機(jī)

如圖7所示，通用步進(jìn)電機(jī)有8根引線。它既可配置為單極性也可配置為雙極性步進(jìn)電機(jī)。在分辨這類步進(jìn)電機(jī)的繞組時(shí)可能使用戶產(chǎn)生某些困惑，因?yàn)樾枰莆照_的繞組極性以及順序。通常，僅僅依靠觀察是無法確定繞組的極性的。幸運(yùn)的是，可以通過電子測(cè)量的方法來推斷它。

1．分辨通用步進(jìn)電機(jī)繞組的極性

為了測(cè)量和確定通用步進(jìn)電機(jī)的繞組極性，需要一個(gè)電源或電池組，以及一塊數(shù)字萬用表。請(qǐng)遵循以下步驟進(jìn)行：

①首先，使用數(shù)字萬用表的歐姆檔找出4個(gè)引線對(duì)，從而確定4個(gè)繞組。

②選擇兩個(gè)繞組，并各選一條引線相互短接。將數(shù)字萬用表切換到AC電壓的20V檔，將數(shù)字萬用表的兩個(gè)表筆連接到正在測(cè)量的兩個(gè)繞組的末端。

③轉(zhuǎn)電機(jī)軸，如果得到2V左右的電壓讀數(shù)，那么就找到了同一組的繞組，也就確定了它們的極性(參見圖8)。如果萬用表的讀數(shù)是0V，同樣也確定了繞組的極性，它們的極性相反(參見圖9)。切換到繞組的另一根引線并短接到另一繞組，以驗(yàn)證前面的假設(shè)。

④標(biāo)注引線以指示繞組的極性。至于哪一端定為上述圖示中所標(biāo)示的記號(hào)黑點(diǎn)端并不重要，只要你知道如何分組即可。

2．配置通用步進(jìn)電機(jī)極性的方法

這一小節(jié)講述配置通用步進(jìn)電機(jī)極性的三種方式：單極性、雙極性串聯(lián)和雙極性并聯(lián)。

圖10所示的配置模擬了一個(gè)6繞組的單極性步進(jìn)電機(jī)。

圖11所示的雙極性配置可以以較低的工作頻率傳遞較高的力矩。它的工作頻率無法較高，是因?yàn)榇?lián)繞組具有高的磁阻，因此電流無法快速達(dá)到峰值。

圖12所示的雙極性并聯(lián)配置步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩小于雙極性串聯(lián)配置，但是它具有更高的工作頻率，因?yàn)椴⒙?lián)繞組配置具有低磁阻，電流可以快速達(dá)到峰值。

七、有關(guān)步進(jìn)電機(jī)極性配置的結(jié)束語

至今為止，讀者可能已看到了6線單極性步進(jìn)電機(jī)和串聯(lián)配置的通用步進(jìn)電機(jī)之間的令人驚異的相同點(diǎn)。事實(shí)上，可以通過忽略兩條公共繞組的連接，將一個(gè)6線單極性步進(jìn)電機(jī)用作雙極性步進(jìn)電機(jī)。作者已經(jīng)測(cè)試過，并且工作狀態(tài)良好。