机电界巨擘剖析步进电机的核心构造运行奥秘与独特优势
导语：步进电机是一种独特的机电装置，它能够直接将电脉冲转换为机械运动。通过精确控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，步进电机可以实现对转向、速度和旋转角度的精确控制。在不使用闭环反馈控制系统的情况下，这种开环控制系统就能提供高精度的位置和速度控制。
基本结构与工作原理
步进电机基本结构（如图1所示）
工作原理
步进驱动器根据外部输入的控 脉冲信号及其方向，利用其内部逻辑电子元件来管理每个绕组，以确定何时以及如何正向或反向通入这些绕组，从而导致输出轴进行顺序性的旋转或保持静止。
以1.8度两相步进电机为例，当两个绕组同时接收励磁时，输出轴会保持静态并锁定位置。在满足额定条件下，即使没有进一步指令，输出力矩也能维持最大力矩状态。如果其中一个绕组发生了方向变化，则它会沿着一个固定的方向完成一步移动(即1.8度)。同样的，如果是另一个绕组中的变更，则它将沿着与前者相反方向完成一步移动(又是1.8度)。当按照这种模式依次改变线圈中的励磁流，就能实现连续且高精度的机械运动。
两相步进 电机会有两种不同的配置方式：双极性和单极性。双极性设计中，每个相只有一个线圈，而单极性设计则包含两个不同极性的线圈。此外，由于双极性的情况下每个相都具有100% 的励磁能力，因此在采用该模式时，可以获得比单极性模式大约40% 的增强力量。
加速/减速运动 控制
双極電機
单極電機
圖 3 步進電機運作原理
特點：
精確位置調節
通過輸入脈衝數量來確定軸轉動角度，可以獲得非常小誤差。
精確轉速調整
轉速取決於輸入頻率，可實現準確調節與方便操作。
正向/逆向運動及急停功能
在全程速度範圍內都可進行對力矩及位置有效控制，並包括靜止狀態下的維持力矩。
在低轉速情況下的精准位置調節
無需齒輪箱即可平穩運行並產生較大力的矩，在低成本、高效益的情況下減少了功率損耗與角位偏差。
長壽命設計
由於無刷設計，這種機械設備擁有長壽命，其耐用程度通常取決於軸承健康狀態。
振動與噪音問題：
當單獨運行時，一般會發生共振問題，但這可以透過避免振動區間、採用微分驅動或改變電流比等方法解決。
結論：
為了滿足各種應用的需求，不同類型的手段可以根據需要進行選擇。我們經常看到這些技術應用於印表機、掃描儀、攝影器材以及ATM機等多個領域。而且，因為它們不需要複雜的回饋系統，所以最大的優點就是成本效益良好且提供出色的性能。
