揭秘电机世界步进电机的构造运作法则与独特魅力
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位置和速度控制。
基本结构与工作原理：
步进电机的基本结构（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，通过内部逻辑电路来控制步进电机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。以1.8度两相步進電機為例，当两相绕组都通電励磁時，输出轴静止并锁定位置。在额定电流下保持最大力矩。如果其中一相绕组发生变向，则顺着既定的方向旋轉一步(1.8度)。同理，如果是另外一项绕组发生变向，则逆着前者相反方向旋轉一步(1.8度)。当线圈绕组按顺序依次变向励磁时，则连续旋轉于既定的方向，从而实现连续精准運動。
两相步進電機有双极性與單極性兩種形式：雙極性每相只有一个線圈，而單極性每相有两个极性的線圈。在雙極性驅動模式下，由於每個絆組全程100%励磁，所以輸出力矩比單極性驅動模式提高約40%。
加速/減速運動控制：
2 相(雙極性)步進電機
2 相(單極性)步進電機
圖 3 步進電機工作原理圖
特點：
精確位置控製
通過输入脈衝數量確定軸轉動角度，可以實現非常小誤差且不累積。
精確轉速控製
由於輸入頻率決定，可以實現準確調節，並應用於各種運動控製領域。
正負方向運行及急停及鎖定功能
能夠在整個速度範圍內有效地控製力矩及位置，即使在鎖定狀態仍能提供一定力的輸出。
在低速條件下的精確位置控製
無需齿轮箱調整，即可平穩運行並提供較大力矩，在成本上節省了開銷，並且降低了空間需求。
長壽命使用期限
無刷設計保證長壽命，其壽命主要取決於軸承。
振動與噪音問題：
當操作頻率接近或等於固有頻率時會發生共振，這可能導致失蹤現象。避免振動區、採用微分驅動模式以及調整感應器都是解決方案之一。
結語：
從工業自動化到日常生活中的打印設備、掃描儀器乃至ATM機，都廣泛使用這種技術。它們具有成本效益、高精度和易于集成等優點，是許多應用的首選選擇。
