接线基础知识：单极与双极

改变步进电机的速度和扭矩特性的一种简单方法是将其连接到不同类型的驱动器或更改其接线配置。然而，还有更多。了解“单极”和“双极”之间的优缺点可以成就或破坏步进电机的性能。

让我们看看这两种不同的速度-扭矩曲线。这些曲线实际上是从相同的“基本”电机但使用不同的驱动程序生成的。注意速度和扭矩特性如何变化。提示：选择特定速度，然后比较该速度下的扭矩。

带双极驱动器的 NEMA 23 步进电机

带单极驱动器的 NEMA 23 步进电机

速度转矩曲线显示步进电机在一组给定的电压、电流和驱动器类型下的性能特征，用于确定电机是否满足应用的转矩和速度要求。速度转矩曲线的形状受电机的电气特性影响，例如电流或电感。

回顾：扭矩是如何产生的?

首先，让我们从头开始，回顾一下步进电机的扭矩是如何产生的。我们知道转矩与驱动电流与绕组匝数(线圈)的乘积成正比。圈数越大，扭矩越大，但牺牲了高速扭矩，从而限制了步进电机有效运行的最高速度。圈数越少，扭矩越低，速度越低，但速度越快，扭矩就越小。

让我们来看看扭矩公式。

以下是电流如何影响步进电机的速度扭矩曲线。

以下是绕组匝数如何影响步进电机的速度转矩曲线。

但是……如果您不能改变绕组电流或匝数怎么办?

N(绕组匝数)和 I(电流)通常是指定的，不能更改，那么您还能做些什么来改变速度转矩曲线?如果您的步进电机至少有 6 根电线，答案是查看“单极”和“双极”接线配置。

“单极”和“双极”是什么意思?

现在，让我们看一下“单极”和“双极”这两个词。这些词到底是什么意思?

“单极”和“双极”这两个术语起源于用于驱动步进电机的驱动器类型。简单来说，单极中的“uni”是“一”的意思，双极中的“bi”是“二”的意思。“极性”表示电极性和磁极性(仅供参考：电流的方向决定极性)。

“单极”和“双极”步进电机的主要区别在于中心抽头线，它将绕组的整个线圈分成两半。这可以用一根电线或两根电线完成。如果你去掉中心抽头，那么它就变成了双极串联连接。

“单极”驱动器和“双极”驱动器之间的主要区别在于其发送电流的能力。驱动器在一个方向或两个方向上发送电流的能力与驱动器使用的晶体管数量直接相关。双极驱动器需要的晶体管数量是单极驱动器的两倍，以便控制两个方向的电流。

提示：澄清“双极”、“双极串联”、“双极并联”等。

电机本身并没有单极或双极之分，但制造商可以根据引出线的多少将步进电机分为“单极”或“双极”。因此，六线步进电机可归类为“单极”电机，四线步进电机可归类为“双极”电机。但是，请记住，“单极”电机始终可以转换为“双极”。

虽然“单极”和“双极”是指所用驱动器类型的术语，但“单极”、“双极串联”和“双极并联”用于描述电机和驱动器之间的接线。

稍后会详细介绍。

通过从单极变为双极，或反之，我们实际上是在改变电机内部绕组的电气特性，如电压、电阻和电感，以及转矩特性。电机制造商通常会根据连接类型为同一电机显示不同的规格集。为具有相同框架尺寸和堆叠长度的步进电机提供了多种绕组选项，以实现灵活性。

为 NEMA 23(2.22 英寸/56.4 毫米)步进电机提供的各种绕组，短堆叠长度

正如您在上面看到的，连接的灵活性随着引线数量的增加而增加。六线电机可以单极或双极串联连接。八线电机可以单极、双极串联或双极并联连接。

单极驱动器有六个端子，用于连接来自电机的六根电线，而双极驱动器有四个端子，用于连接来自电机的四根、六根或八根电线。

虽然将四线双极步进电机连接到四端子双极驱动器非常简单，但您确实需要知道自己在做什么才能将六线或八线双极步进电机连接到双极驱动器。

不用担心。在这篇文章的最后，我们分享了一个步进电机接线备忘单，让这一切变得更容易。

提示：我可以使用最大保持扭矩规格来确定步进电机的尺寸吗?

由于最大保持扭矩是步进电机在零速或极低速度下的输出扭矩，因此不建议将其用于电机选型。它用于指定电动机在满额定电流下可以产生的最大转矩。

有哪些可能的接线方式?

将六线单极步进电机连接到六端子单极驱动器的方法只有一种，但根据电线数量和所需性能，将步进电机连接到双极驱动器的方法有多种。虽然单极驱动器更具成本效益，但双极驱动器提供更大的灵活性，并允许通过多种方式连接到四线、六线和八线步进电机。

双极接线配置分为双极串联、双极并联和双极半线圈。

单极(6 或 8 线)

双极系列(4 或 6 或 8 线)

双极并联(4 或 8 线)

双极半线圈(6 或 8 线)

下面的示意图显示了电机绕组和驱动晶体管电路。

单极和双极半线圈

对于单极和双极半线圈，我们基本上是将整个线圈分开，一次使用一半绕组。通过这样做，我们使用较少的绕组圈数，因此电机不会输出很大的扭矩。由于电感保持较低，扭矩可以保持到更高的速度。

双极系列

对于双极系列，我们使用完整的线圈(绕组)。通过使用整个绕组，与单极相比，电机将输出更大的扭矩。然而，电感也增加了四倍，因此扭矩在更高速度下迅速下降。

双极并联

为获得最佳速度和扭矩特性，建议采用双极并联。这种接线配置也采用了全线圈，因此扭矩比单极提高了约40%。电感也保持在较低水平，这使得扭矩可以保持到更高的速度。但是，我们必须将电流增加约 40% 才能获得这些优势。

特性的变化总结如下。

连接	反抗	电感	当前的	电压	保持力矩
（欧姆）	(mH)	（A）	（五）	(oz-in)
单极	不适用	不适用	不适用	不适用	不适用
双极系列	单极X 2	单极X 4	单极 X 0.707	单极 X 1.414	单极 X 1.414
双极 半线圈	与单极相同	与单极相同	与单极相同	与单极相同	与单极相同
双极并联	单极 X 0.5	与单极相同	单极 X 1.414	单极 X 0.707	单极 X 1.414

对于双极并联，我们具有低电感、高电流和低电压，这是实现最佳整体转矩性能的良好组合。

如何连接单极与双极串联、双极并联或双极半线圈?

快速的答案是遵循正确的电机接线图。首先确定步进电机可能采用的接线配置，然后找到要遵循的正确接线图。

下图为不同引出线数的步进电机内部绕组接线图。通过跟踪电流，您可以直观地看到正在使用的绕组数量。如果对此感兴趣，请发表评论。

4线5线6线8线

提示：四线步进电机

四线步进电机可以在内部绕成双极串联或双极并联。电机制造商有时不会说明四线电机是双极串联还是双极并联。然而，该行业正朝着双极并联作为并联连接的标准发展，以期获得其性能优势。另一个因素是驱动器成本的降低。

在这里，我们展示了如何从标准连接操作接线配置。

例如，要将八引线步进电机连接到具有双极并联接线配置的双极驱动器，您必须将这些引线配对在一起，然后连接到相应的端子：

将黑色和橙色连接到 A 端子

将黄色/绿色连接到 A- 端子

将红色/棕色连接到 B 端子

将白色/蓝色连接到 B- 端子

提示：步进电机接线的三大

一个成功的步进电机系统需要三个组件：

正确类型的驱动器(单极与双极)

正确的电机类型(正确的电线数量)

正确的接线配置(单极、双极串联、双极并联等)

步进电机的接线方式是其内部运行方式以及最终性能的重要组成部分。

哪种接线方式最好?

这是一个技巧问题。答案是它真的取决于你的应用程序。接线配置的类型通常包括在机器设计阶段的电机选型部分。这些接线技巧还允许将同一电机重新用于不同的应用。

例如，如果您使用的是单极步进电机设置并希望针对不同的应用增加其低速扭矩，则值得研究双极串联接线配置以保持相同的电机尺寸。为了获得速度和扭矩的最佳组合，请尝试双极并联。但是，它需要来自驱动器的更多电流。请记住，这还取决于您拥有的驱动器类型以及它可以输出多少电流。

以下是电机性能的差异，每个单独的速度-扭矩曲线重叠。很容易看出双极并联(或平行双极)如何表现最佳。

概括

通过不同方式连接同一台步进电机，您可以改变其绕组的电气特性，进而改变同一台电机的性能特性以更好地适应应用。但是，您需要知道自己在做什么。

由于驱动电路组件成本的降低，双极并联步进电机正变得越来越流行。为了简化布线，Oriental Motor内部缠绕，因此只有四根导线可以连接。为每个框架尺寸和堆叠长度提供多种绕组选项，以最大限度地灵活集成到各种驱动器的电气设计中。 < >双极并联步进电机

使用步进电机时，最好确保整个团队在布线配置方面保持一致。您可以确定尺寸并购买合适的电机，但接线不正确至少会造成一些混乱。

当您使用单极和双极步进电机时，这里有一张备忘单可以提供帮助。如果有帮助，请随时添加书签。

< >备忘单：两相步进电机的单极/双极连接

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审核编辑：汤梓红