深入电气自动化技术就业方向揭秘步进电机的核心构造运作逻辑与独特优势
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细调节。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单、高效且成本较低的开环控制系统，从而实现高精度位置和速度控制。
基本结构与工作原理：
步进电机基本结构（如图1所示）
图 1 步进电机基本结构图
工作原理
驱动器根据外部提供的控制信号和方向指令，通过内部逻辑处理程序来管理步进電機中的绕组，以确保它们按照特定的时序正向或反向通電，从而实现了正确方向的旋转或锁定状态。
以1.8度两相步進電機为例：当两个相位绕组都同时通電励磁时，输出轴保持静止并锁定当前位置。在满足额定条件下，即使不接收任何新的命令，该设备仍能维持最大力矩。如果其中一相绕组发生变向，即改变励磁方向，那么设备会顺着预设路径移动一步(即1.8度)。同样，如果是另一个相位绕组发生变向，则设备将在逆方向移动一步(也就是另外1.8度)。当按一定规律依次更改每个绕组励磁状态时，可以实现连续稳定的旋转，并保证运行极高准确性。此过程中，每完整一次循环需要200个脉冲才能完成全周360度旋转。
两相步進電機有两种主要形式：双极性和单极性。双极性设计只包含一种类型的线圈，在整个运行周期内它会不断地在同一条线圈上切换励磁状态，而单极性设计则拥有两个彼此相反但位于相同位置上的线圈。当进行连续运转时，只需交替地激活这两个不同侧面上的线圈就可以了。这导致驱动电子元件数量减少到四个，而不是之前需要八个，这显著降低了整体成本并提高了性能。此外，由于双极模式下的每次励磁都覆盖100%的区域，因此该模式下的输出力矩比单極型增加约40%。
加速/减速运动控制：
双极（2 相）步進電機
单极（2 相）步進電機
图 2 步進電機工作原理示意图
特点：
• 精确位置调整能力 - 根据输入脉冲数值确定轴杆移位角度；误差小至百分之一十字刻尺等级，不累积误差。
• 精密速度调控 - 转速由输入频率决定，可实现精确调节且方便操作，因而广泛应用于各种运动操控领域。
• 正向/反向旋转及急停功能 - 在整个速度范围内均可有效操控力矩及位置，无论是在高速还是低速情况下皆可执行有效力的应用。
• 低速条件下的精准操控能力 - 不需齿轮箱辅助，就能平稳运行在非常低速度下，同时输出较大力矩，对抗功耗损失以及角位偏移，同时降价成本空间利用优化效果提升。
• 长期使用寿命保障 - 无刷设计保证长期安全稳定的运作，其使用寿命通常取决于轴承状况。
振动与噪音问题解决方案：
A 避免共振区间
B 采用细分驱动模式
微分驾驶方式不会增加实际每一步距离，但可以让这些微小调整更加平滑，使得总体运行更为安静，有助于降低噪音水平。此方法涉及调整相关参数以提高单位时间内帧数，以此来获得更好的平滑程度。不过必须注意的是，在采用这种微分方法后，将会稍微影响实质性的最终移动距离长度，但是这个影响几乎可以忽略不计，因为这是为了达到更加平滑流畅的声音效果才采取的一项措施。而对于某些场合来说，比如打印头快速移动，这样的技术可能就会变得非常重要，因为它能够帮助减少打印质量上的波纹状痕迹，这是由于高速行走带来的结果产生的问题。但如果只是普通情形的话，就没必要去追求如此超越常规要求的小幅变化因为那并不真正有利或者必要。
结论：
由于其经济实用且具有良好性能，使得我们经常选择这样的产品作为我们的机械平台，如同步带轴或滚珠丝杠轴，以及用于直线传递从中获取旋转运动; 另外，我们还发现生活中的许多日常物品，如打印机、扫描仪、摄像头、中继站自动柜台3D打印车辆等，都含有这样的技术元素。
