电机维修基础知识揭秘步进电机的核心构造运行机制与独特优势
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其转向、速度和旋转角度的精确控制，无需闭环反馈控制系统即可实现高效的开环控制。此外，由于其结构简单和成本低廉，使得步进电机成为了许多应用领域中的首选。
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
步进驱动器通过逻辑电子元件来处理来自外部的脉冲信号，并且根据这些信号来选择性地通上或关闭绕组，以此来产生正向或反向旋转，以及锁定功能。以1.8度两相步进电机为例，当两个绕组同时励磁时，输出轴保持静止并锁定位置。在额定条件下，可以维持最大力矩。如果其中一相绕组发生了变向，则按照既定的方向旋转一步(1.8度)。同样，如果是另外一个相绕组，则按照与前者相反方向旋转一步(也为1.8度)。当按顺序依次改变每个线圈励磁时，electric motor会连续沿既定的方向进行平稳运行，具有非常高的精度。在完成一完整周期后，即需要200个脉冲才能完成一次360度全周运动。
两种常见类型包括双极性和单极性，每一种都有不同的构造方式以及对应不同数量电子开关使用情况。这导致了双极性的驱动模式在力矩方面比单极性的要强大约40%。
加速/减速运动控制：
双极性2 相 步进電機
单极性2 相 步進電機
图 2: 步進電機運作原理圖
特点：
• 精准位置控制 - 依照输入脉冲数值确定轴位角，误差小至0.01°且不累积。
• 精确速度 - 转速由输入频率决定，可实现精确调节。
• 正向/反向轉動、急停及锁定功能 - 在整个速度范围内有效地控制力矩與位置，同时支持静态力矩输出。
• 在低轉速下提供高精確位置調整能力 - 不需要齿轮箱调整，即可在極低轉速下平穩運行並輸出較大的力矩，有助於降低功耗減少空间需求，並節省成本。
• 長壽命設計 - 無刷設計提高了使用寿命，大多數故障源於軸承損壞。
振动與噪音：
通常情况下，在空载状态下，当运行频率接近或等于固有频率时会引起共振，从而可能出现失步现象。避免共振的一个方法是避免放置工作点落入振动带中；另一种解决方案是采用细分微步模式，这样可以提高分辨率并减少震荡，但不会影响到总体角度精确度。当用微波模式运作时，每一步长度缩短15%，而采用正弦波形则能进一步降低30%使之更平稳，更安静。
结论：
在机械设计中，我们经常利用这种技术，比如同步带轴或者滚珠丝杠轴，将旋转运动翻译成直线移动。而由于没有回馈系统，所以经济实用的优点让它成为广泛应用场合，如打印设备、扫描仪、三维打印设备等等的地方最受欢迎的一种传感器之一。不过，不仅仅是在工业环境中，它们还被用于生活中的很多地方，比如家用扫把、高级摄像头甚至自动银行服务台等等。在现代社会里，没有人会意识到我们身边几乎处处充满着这些小巧但又强大的工具，它们正在无声地帮助我们管理我们的世界，而它们只是默默无闻地做着自己的工作，就像心跳一样不可忽视。
