改變步進電機的速度和扭矩特性的一種簡單方法是將其連接到不同類型的驅(qū)動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)缺點可以成就或破壞步進電機的性能。

讓我們看看這兩種不同的速度-扭矩曲線。這些曲線實際上是從相同的“基本”電機但使用不同的驅(qū)動程序生成的。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)動器的 NEMA 23 步進電機

帶單極驅(qū)動器的 NEMA 23 步進電機

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

回顧：扭矩是如何產(chǎn)生的?

首先，讓我們從頭開始，回顧一下步進電機的扭矩是如何產(chǎn)生的。我們知道轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動電流與繞組匝數(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，從而限制了步進電機有效運行的最高速度。圈數(shù)越少，扭矩越低，速度越低，但速度越快，扭矩就越小。

讓我們來看看扭矩公式。

以下是電流如何影響步進電機的速度扭矩曲線。

以下是繞組匝數(shù)如何影響步進電機的速度轉(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改變速度轉(zhuǎn)矩曲線?如果您的步進電機至少有 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”這兩個詞。這些詞到底是什么意思?

“單極”和“雙極”這兩個術(shù)語起源于用于驅(qū)動步進電機的驅(qū)動器類型。簡單來說，單極中的“uni”是“一”的意思，雙極中的“bi”是“二”的意思?！皹O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”步進電機的主要區(qū)別在于中心抽頭線，它將繞組的整個線圈分成兩半。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)動器和“雙極”驅(qū)動器之間的主要區(qū)別在于其發(fā)送電流的能力。驅(qū)動器在一個方向或兩個方向上發(fā)送電流的能力與驅(qū)動器使用的晶體管數(shù)量直接相關。雙極驅(qū)動器需要的晶體管數(shù)量是單極驅(qū)動器的兩倍，以便控制兩個方向的電流。

提示：澄清“雙極”、“雙極串聯(lián)”、“雙極并聯(lián)”等。

電機本身并沒有單極或雙極之分，但制造商可以根據(jù)引出線的多少將步進電機分為“單極”或“雙極”。因此，六線步進電機可歸類為“單極”電機，四線步進電機可歸類為“雙極”電機。但是，請記住，“單極”電機始終可以轉(zhuǎn)換為“雙極”。

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

稍后會詳細介紹。

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

為 NEMA 23(2.22 英寸/56.4 毫米)步進電機提供的各種繞組，短堆疊長度

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。六線電機可以單極或雙極串聯(lián)連接。八線電機可以單極、雙極串聯(lián)或雙極并聯(lián)連接。

單極驅(qū)動器有六個端子，用于連接來自電機的六根電線，而雙極驅(qū)動器有四個端子，用于連接來自電機的四根、六根或八根電線。

雖然將四線雙極步進電機連接到四端子雙極驅(qū)動器非常簡單，但您確實需要知道自己在做什么才能將六線或八線雙極步進電機連接到雙極驅(qū)動器。

不用擔心。在這篇文章的最后，我們分享了一個步進電機接線備忘單，讓這一切變得更容易。

提示：我可以使用最大保持扭矩規(guī)格來確定步進電機的尺寸嗎?

由于最大保持扭矩是步進電機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選型。它用于指定電動機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?

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

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繞組和驅(qū)動晶體管電路。

單極和雙極半線圈

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

雙極系列

對于雙極系列，我們使用完整的線圈(繞組)。通過使用整個繞組，與單極相比，電機將輸出更大的扭矩。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。

特性的變化總結(jié)如下。

對于雙極并聯(lián)，我們具有低電感、高電流和低電壓，這是實現(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接線圖。首先確定步進電機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)的步進電機內(nèi)部繞組接線圖。通過跟蹤電流，您可以直觀地看到正在使用的繞組數(shù)量。如果對此感興趣，請發(fā)表評論。

4線5線6線8線

提示：四線步進電機

四線步進電機可以在內(nèi)部繞成雙極串聯(lián)或雙極并聯(lián)。電機制造商有時不會說明四線電機是雙極串聯(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)連接的標準發(fā)展，以期獲得其性能優(yōu)勢。另一個因素是驅(qū)動器成本的降低。

在這里，我們展示了如何從標準連接操作接線配置。

例如，要將八引線步進電機連接到具有雙極并聯(lián)接線配置的雙極驅(qū)動器，您必須將這些引線配對在一起，然后連接到相應的端子：

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/藍色連接到 B- 端子

提示：步進電機接線的三大

一個成功的步進電機系統(tǒng)需要三個組件：

正確類型的驅(qū)動器(單極與雙極)

正確的電機類型(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)

步進電機的接線方式是其內(nèi)部運行方式以及最終性能的重要組成部分。

哪種接線方式最好?

這是一個技巧問題。答案是它真的取決于你的應用程序。接線配置的類型通常包括在機器設計階段的電機選型部分。這些接線技巧還允許將同一電機重新用于不同的應用。

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

以下是電機性能的差異，每個單獨的速度-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

通過不同方式連接同一臺步進電機，您可以改變其繞組的電氣特性，進而改變同一臺電機的性能特性以更好地適應應用。但是，您需要知道自己在做什么。

由于驅(qū)動電路組件成本的降低，雙極并聯(lián)步進電機正變得越來越流行。為了簡化布線，Oriental Motor內(nèi)部纏繞，因此只有四根導線可以連接。為每個框架尺寸和堆疊長度提供多種繞組選項，以最大限度地靈活集成到各種驅(qū)動器的電氣設計中。 < >雙極并聯(lián)步進電機

使用步進電機時，最好確保整個團隊在布線配置方面保持一致。您可以確定尺寸并購買合適的電機，但接線不正確至少會造成一些混亂。

當您使用單極和雙極步進電機時，這里有一張備忘單可以提供幫助。如果有幫助，請隨時添加書簽。

< >備忘單：兩相步進電機的單極/雙極連接

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審核編輯：湯梓紅