电机基础知识入门深度解析步进电机的构造运行原理与独特优势
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位脉冲以及方向信号，通过内部逻辑电子元件来处理这些信息。这种处理使得绕组以特定的时序进行正向或反向通电，从而导致了输出轴的旋转或锁定。
以1.8度两相步进電機為例：当兩相绕组同时通有励磁，则電機軸將保持静止并锁定位置。在额定当前下保持最大力矩。如果其中一相绕组发生变化，即改变励磁方向，则電機會顺着一个既定的方向旋轉一步( 1.8 度)。同样，如果是另外一项绕组发生变化，则電機会顺着与前者相反的方向旋轉一步( 1.8 度)。當通過線圈繞組按順序依次變化時，則電機會按照既定的方向實現連續旋轉，每完成一次全周运行需要200个步骤。
两相步進電機有兩種組件形式：雙極性與單極性。雙極性型每個相上只有一個線圈，而單極性型每個相上有兩個線圈，但其功能相同。在双极性驱动模式中，由于每个相上的线圈都完全被激发，因此双极性模式下的输出力矩比单极性的高约40%。
加速/减速运动控制：
双极性两相步進電機
单极性两相步進電機
图2: 步進 電 機 工 作 原 理 图
特点：
• 精准位置控制
由于输入脉冲数量确定了轴转动角度，其误差非常小且不累积，可达不到10分之一度。
• 精确转速
随输入频率调整，可以实现精确调节，并广泛应用于各种运动领域。
• 正向/反向转动及急停及锁定功能
整个速度范围内都可有效地操控力矩与位置，并在锁定状态下仍可维持一定力的输出。
• 在低转速条件下的精准位置控制
无需齿轮箱即可平稳运行并产生较大力量，在成本效益上具有优势且节省空间。
• 长寿命设计
无刷设计保证了长期使用寿命，其主要因素是轴承性能决定。
振动噪音问题解决方案：
A. 避免共振区间操作
B. 微分细分驱动方式
C. 采用正弦波交流励磁
结论：
在机械设计中，步進 电 機 是常见设备，比如用于同步带轴直线移动或者滚珠丝杠轴翻译运动。此外，它们也出现在生活中的打印设备、扫描仪、照像设备等多种场合，如ATM自动取款机3D打印机等，是经济实用且提供良好性能的一种技术解决方案。
