揭秘电机分类及各用途步进电机的精妙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的顺序、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。在没有闭环反馈控制系统的情况下，步进电机与其配套驱动器共同构成一个简便且成本低廉的开环控制系统，这使得它成为实现高精度位置和速度控制的一种理想选择。
基本结构和工作原理：
步进电机的基本结构（如图1所示）
工作原理
步进电机驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过内部逻辑电路来控制步进電機的绕组，以一定时序正向或反向通電，使得電機正向/反向旋轉，或保持静止并锁定。
以1.8度两相步進電機為例：當兩相绕组都通電励磁時，電機输出轴將静止并锁定位置。在额定电流下使電機保持锁定的最大力矩为保持力矩。如果其中一相绕组的電流发生了变向，则電機將顺着一个既定方向旋轉一步( 1.8度)。同理，如果是另外一项绕组的电子发生了变向，则 电機将順着與前者相反 的方向旋轉一步( 1.8 度)。当通过線圈繞組 的電子按順序依次變化励磁時，则 電機將按照既定的方向實現連續 旋轉，每完成一個周期即達到180度，即需要200個小周期才能完成一次360度完整循環。
两相步進 電 機有兩種繞組形式：雙極性 和單極性。雙極性 電 機每相上只有一個繞組線圈，而單極性則每相上有兩個逆位不同之 繞組線圈，在連續旋轉中只需交替對同一 相上的兩個繞組線圈進行通開關励磁。因此，在設計驅動系統時，由於無需八個電子開關而僅需四個，這種方式更節省能耗且成本較低。此外，由於雙極性的驅動模式下，每个組件皆全功率励磁，因此双极性 驱动模式下的输出力矩比单极性驱动模式大约提高40%。
加速/减速运动控制：
双极（A）: 单极（B）
图3 步進 电 机会如何进行加速减速
特点：
• 精准位置调节能力
由于输入脉冲数量决定了轴转动角度，因此提供非常高的地面误差，并且不会累积。
• 高效转速可控
输入频率调整可以实现精确地调整以及方便地调节。
• 正往返运行，以及急停及维持功能
整个速度范围内均可有效管理力矩及位置，从而包括静态力的输出。在维护状态下，即在外部无旋转指令输入时仍然持续提供一定力量。
• 在低速条件下的准确位置调节能力
不需要齿轮箱调整就能在很低于正常速度运行良好，同时提供较大的力量，同时降低损失、偏差并空间占用，同时也降价、高效利用空间资源。
• 更长使用寿命保证
设计无刷技术保证了长期使用寿命，其耐久通常取决于轴承部分。
振动与噪音问题解决方案：
A 避免共振区间 - 确保工作频率不落入振幅区间内。
B 采用微分细分 - 微小细分增加分辨率降低振幅同时增加平稳程度噪声减少但不会影响精密角度只能提高平滑运行性能增强用户体验提升整体设备性能。
结论：
尽管共振可能会导致失去同步现象，但我们可以采取措施避免这一问题，如避免工作频率落入共振带或者采用微分细分策略来改善性能。此外，不仅机械领域，还广泛应用于打印设备扫描仪摄影设备ATM等生活中各种场合中，也被广泛用于自动化工业中的应用如三维打印等其他多种场合。这使得这种简单易用的技术更加普及，为各行各业带来了巨大的便利与经济效益。
