步進(jìn)電機(jī)的單極與雙極驅(qū)動(dòng)都有不同的性能屬性差異
步進(jìn)電機(jī)可配置為單極或雙極驅(qū)動(dòng)；每種方法都有不同的性能屬性和權(quán)衡。本文的前一部分介紹了用于單極和雙極步進(jìn)電機(jī)配置的不同線圈繞組和連接的基礎(chǔ)知識(shí)。與大多數(shù)工程情況一樣，接下來的問題是：這些差異的影響是什么？每種方法的優(yōu)缺點(diǎn)是什么？
使用單極控制時(shí)，一次只為半相供電，因此電流僅使用總銅繞組體積的一半，而雙極驅(qū)動(dòng)器每相使用所有銅。這對(duì)成本和重量與性能有關(guān)系，速度和扭矩性能通常是關(guān)鍵參數(shù)。
轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動(dòng)電流和線圈匝數(shù)的乘積成正比。轉(zhuǎn)數(shù)越高，扭矩越高，但在高速下“趨于平穩(wěn)”，限制了步進(jìn)電機(jī)有效運(yùn)行并提供所需扭矩的最大速度。原因是線圈自感限制了電機(jī)驅(qū)動(dòng)電流的變化率，從而限制了更高速度下的扭矩。另一方面，匝數(shù)越少，自感越小，因此在較低速度下扭矩較小，但在較高速度下保持不變（圖1）。
請(qǐng)注意，轉(zhuǎn)矩也與速度和電感成反比關(guān)系：
轉(zhuǎn)矩α電機(jī)電源電壓/（電機(jī)速度×√電機(jī)電感）
從建模的角度來看，與電壓相關(guān)的分析可能難以解決，因?yàn)殡姍C(jī)線圈是電流驅(qū)動(dòng)的磁性設(shè)備；當(dāng)由電壓源驅(qū)動(dòng)時(shí)，施加的驅(qū)動(dòng)電壓和產(chǎn)生的線圈電流之間的關(guān)系是非線性的并且模型復(fù)雜。
由于更有效地使用線圈繞組，雙極電機(jī)通常比單極電機(jī)具有更大的扭矩并且效率更高。相比之下，單極電機(jī)在給定時(shí)間僅使用每個(gè)繞組線圈的一半，從而導(dǎo)致較低的扭矩和效率。
甚至雙極電機(jī)也提供了權(quán)衡配置的選擇，因?yàn)樗鼈兊木€圈可以“雙極串聯(lián)”或“雙極并聯(lián)”連接。雙極系列使用全線圈繞組，因此電機(jī)可以提供比單極更大的扭矩（圖2）。然而，因此，線圈的電感也增加了四倍，因此扭矩（很大程度上受電感的限制）會(huì)下降，并且在更高的速度下會(huì)迅速下降。
另一種選擇是雙極并聯(lián)布線方法，它使用完整的線圈，但與單極布置相比，扭矩增加了約40%（圖3）。并聯(lián)線圈提供較低的電感，因此扭矩可以保持在更高的速度。[回想一下電路基礎(chǔ)知識(shí)：電感值與電阻值相結(jié)合。當(dāng)電感串聯(lián)時(shí)，總電感為各個(gè)電感之和；當(dāng)電感并聯(lián)時(shí)，總電感小于任何單個(gè)電感的電感]
然而，在獲得這個(gè)額外的扭矩時(shí)沒有“免費(fèi)午餐”，因?yàn)楣?yīng)的電流也必須增加約40%。這會(huì)影響電機(jī)驅(qū)動(dòng)組件的尺寸和散熱方面。在許多設(shè)計(jì)中，雙極并聯(lián)的低電感、大電流和扭矩以及低電壓使其成為最佳整體扭矩性能的良好組合。
供應(yīng)商只提供一種類型的電機(jī)，所有可能的線圈端都“暴露”并且可用，這樣用戶可以將步進(jìn)電機(jī)線圈配置為所需的任何排列，從而簡(jiǎn)化材料清單和庫(kù)存，這似乎是明智的。這有點(diǎn)類似于現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)。
畢竟，六線電機(jī)可以單極或雙極串聯(lián)，八線電機(jī)可以單極、雙極串聯(lián)或雙極并聯(lián)。有時(shí)會(huì)這樣做，供應(yīng)商通常會(huì)提供配置圖表，顯示需要將哪些導(dǎo)線連接到其他導(dǎo)線以創(chuàng)建各種配置。
當(dāng)然，一般的電機(jī)還有很多，尤其是步進(jìn)電機(jī)。這些電機(jī)的大多數(shù)供應(yīng)商都提供電路板產(chǎn)品線，因此可以客觀地獲得合適的配合，而不是“強(qiáng)制”解決方案。由于他們知道許多設(shè)計(jì)人員不是電機(jī)參數(shù)權(quán)衡方面的專家，因此他們提供了有關(guān)步進(jìn)電機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)、尺寸、選擇、散熱考慮、優(yōu)化和其他主題的有用應(yīng)用說明；這種材料大部分是獨(dú)立于供應(yīng)商的，適用于任何供應(yīng)商的電機(jī)。他們還有應(yīng)用工程師，他們是電機(jī)選擇和使用的定性現(xiàn)實(shí)以及定量規(guī)格方面的專家。
