深入探究步进电机的精髓结构工作原理与独特魅力
深度解析步进电机的内在魅力：结构、工作原理与独特优势
步进电机是一种直接将电脉冲转化为机械运动的精密装置，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，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的微调。在不依赖于带有位置感应功能的闭环反馈系统的情况下，使用步进电机与其配套驱动器共同构成的控制简便、高效低成本开环控制系统，就能实现极致精确的地位和速度控。
基本结构与工作原理
步进电机基础构造（如图1所示）
工作原理详述
步进电机驱动器根据外来的控制脉冲及方向信号，借助其内部逻辑电子路线，将步进电机会定时正向或反向通流，使得轴体以固定的间隔旋转，或锁定位置。
以1.8度两相步进为例：当两相绕组都通流励磁时，输出轴静止并锁定位置。在额定流量下保持最大力矩。如果其中一相绕组发生变向，则沿着既定的方向旋转一步( 1.8度)。同样，如果是另一项绕组发生变向，则沿着前者的逆方向旋转一步( 1.8 度)。当按顺序依次改变每个线圈中励磁时，则连续旋转以既定的方向进行高精度运行，每周需200个小幅度移动。
两相步行具有双极性及单极性形式；双极性只有一个绕组，而单极性有两个互补线圈。当交替对同一相上的两个线圈同时励磁时，只需四个电子开关即可完成。这使得双极性模式下的输出力矩比单极性的增加了约40%。
加速减速运动管理
双侧(双極電機)
双侧(單極電機)
图2 - 步進電機運作圖
特征
• 精確地位調節
按照輸入脈衝數量決定軸轉動角度。
位置誤差非常小，小於10/1000°且不累積。
• 高準確轉速調節
由於輸入頻率可以被精確設定，所以適用於各種運動應用並方便調整。
• 正負轉動與急停&鎖定功能
無論是在任何速度範圍內，都可以有效地對力矩與位置進行管理，並包括靜態力矩。在鎖定狀態時，即使沒有外部指令仍能維持一定力的輸出。
• 在低轉速條件下的高準確地位調節
通過避免齒輪箱變換就能平穩運行，並產生較大的力矩減少功率損耗降低成本並儲存空間。
長壽命設計
無刷技術保證了長壽命。大多數情況下它們之間主要因為軸承而影響壽命。
振動噪音問題解决方案：
A 避開振動區域
選擇非共振頻率操作。
B 微分驅動模式
將一個全局細分為多個更小單位來實現，每個周期的小幅移動提高了每階段分辨率從而降低了振盪。此方法通過改變兩個繞組中的交流比值來實現，它可以讓每一次完整半程運行時產生的額外力量增加15%，然後再利用正弦波電流強制驅動進行30%以上增強從而減少失去額外力量20%至50%左右，但這些都是補充措施，因為我們知道在最佳性能情況下，這些優點會顯著提升到80%-90%，甚至更高!
結語：
當我們考慮到機械系統中的運動需求時，我們經常尋求適合使用的是那些具備良好性能參數但又經濟實用的設備，比如同步帶軸或滾珠滑移軸等。我們也了解到，在生活中許麼地方找到這樣簡單卻又高效卓越的地方，比如打印機、掃描儀、攝影機、ATM自動櫃台以及3D打印等設備中。
