机电一体化大专出来都去干嘛了浅析步进电机的神秘世界结构原理与奇妙特性
导语：步进电机是一种独特的机电装置，它能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，步进电机能够实现对其转向、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。这种简便且低成本的设计使得步进电机成为许多应用领域中不可或缺的一部分。
基本结构与工作原理
步进电机结构（如图1所示）
工作原理
步进驱动器根据外来的控制脉冲和方向信号，通过内部逻辑进行处理，从而决定何时、何处通入正负励磁，使得绕组以特定的时序变换状态，从而产生相应的机械输出。以1.8度两相步进电机为例，当两个绕组都接收到励磁信号时，输出轴保持静止并锁定位置。在适当当前下，如果其中一相绕组发生励磁变化，输出轴会顺着一个既定方向旋转一步( 1.8度)；如果是另一项绕组，则朝着与前者相反方向旋转相同距离。当按顺序依次改变每个绕组中的励磁状态，那么连续的旋转就可以实现，以极高精度维持运动路径。此过程对于1.8度两相步进需要200个周期完成。
2 相(双极性)及2 相(单极性)步進電機之間主要差異在於雙極性電機每個相只有一個線圈，而單極性則有兩個互為對立線圈。因此，在双极性模式下，由于每个线圈全程励磁，所以力矩比单极性模式提升了约40%。
加速减速运动控制
双极型
单极型
工作原理图，如图 2 所示。
电子设备中常见于打印头、扫描仪、三维打印等场合，这些都是基于准确移动部件来完成任务，因此它们要求非常高标准的位置准确率，以及从零点开始精确定位。这就是为什么它们选择使用具有最小误差可能性的“微分”技术，即使在很低速度下也能提供强大的扭矩，并且不受振动影响。
由于没有齿轮箱调整功能，可以直接在最底层速度范围内运行，同时提供较大力矩，比起传统齿轮箱带动方式来说，更节省空间更经济。但这些优势并不妨碍他们拥有长寿命，因为无刷设计意味着不会出现磨损或过热的问题，只要保持良好的轴承条件，他们就会持续运作良好。
然而，在空载运行期间，如果频率恰好接近或等于固有频率，将会引发共振，有时候甚至导致失去同步现象。如果采取细分驱动模式，每一步被进一步细化成多次操作，从而提高分辨率降低振动，并减少噪音，这通常通过调整同一交替对同一交流线路中的不同段落进行切换来实现。这不仅让设备更加平稳，而且还能够显著降低噪声水平，对于半段运行情况下的力矩影响较小，但采用正弦波控制则造成30%以上力的降幅。
总结：
对于工程师们来说，了解如何正确使用这些设备至关重要，不仅因为它们可以用来制造复杂工具，也因为它们已经融入我们日常生活中的很多方面，比如ATM自动柜员机或者3D打印科技。而且，由于它不需要任何反馈系统，它们特别适合那些需要简单、高效且经济实用的应用环境。在这个充满创新与挑战的大时代里，让我们一起探索更多关于这类技术及其潜力的秘密！
