直流电机的逆袭揭秘步进电机的神秘力量
导语：步进电机是一种独特的机电装置，它通过精确控制施加在其线圈上的电脉冲，可以实现对转向、速度和旋转角度的精确控制。这种开环控制系统简便且成本低，是机械设计中不可或缺的工具。在不使用闭环反馈系统的情况下，步进电机与其驱动器共同工作，就能提供高精度位置和速度控制。
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
步进电机驱动器利用外来的控制脉冲和方向信号，通过内部逻辑电路来管理步进电机线圈，以确定它们是否正向或反向通电。这使得设备可以顺着既定的方向进行一系列精确的旋转运动，每个旋转都是一个固定角度单位，如1.8度。
以1.8度两相步进电机为例，当两个绕组都被励磁时，输出轴静止并锁定位置。在适当当前下保持力矩最大。如果其中一相绕组发生变换，则设备将顺着既定方向旋转一步( 1.8 度)。同样，如果另一项绕组发生变换，则设备会顺着与前者相反方向旋转一步( 1.8 度)。当按顺序依次改变每个线圈中的励磁状态时，这些连续性的微小调整就构成了高精度移动。
对于双极性两相步进电机来说，有两种形式：双极性和单极性。双极性只有一个线圈，而单极性有两个互补的线圈。当使用双极模式时，因为每个线圈是100%励磁，所以在这种模式下输出力矩比单极模式提高了约40%。
加速/减速运动控制：
双極電機 (2 相)
單極電機 (2 相)
圖 3 步進電機工作原理
二者的主要差异在于如何处理励磁过程，以及需要多少电子开关来完成这个过程。在双極電機中，由於單個線圈僅有一個方位，因此需四個開關來交替對同一絲線進行通斷。而單極電機則只需兩個開關，因為它們同時處理兩個線圈，但這也意味著輸出力矩較低約60%。
步進電機之特點：
• 精確地調整運動位置
• 可以根據輸入脈衝數量確定軸轉動角度。
位置誤差非常小，並且不累積。
• 精確地調整轉速
轉速取決於輸入脈衝頻率，可以實現準確控制並方便調節。
因此，它們廣泛應用於各種運動控管領域。
• 正向/反向轉動及急停功能
可以在全程速度範圍內有效控管力矩及位置，
包括靜止時仍保持一定力的鎖定狀態。
• 在低轉速條件下的平穩運行能力
無需齒輪箱調節，即可在很低的轉速下穩健運行，
同時產生較大的力矩，避免功率損耗及角位偏移，
減少成本並保留空間。
• 長期耐久性能
由於無刷設計，其壽命長期取決於軸承健康狀態。
振動與噪音問題：
一般而言，在沒有負載的情況下，一旦設備接近或達到固有頻率時會發生共振，這可能導致失蹤問題。此外，即使是在輕微振動情況下，也可能導致設備過熱甚至損壞。但是，這些問題可以通過避開共振區、采用細分驅動模式或者改變驅動程序來解決。此外，加大負載也能降低共振現象，但這樣做將會增加能耗與溫升問題。
總結：
從日常生活到複雜工業應用，STEP Motor扮演著不可或缺角色之一——它們讓我們能够获得准确无误的地面平滑移动，从打印头到扫描仪再到摄像头以及ATM等自动化应用场景中，都离不开这类技术。尽管这些设备可能看起来简单，但它们却赋予我们惊人的灵活性与力量，让我们能够创造出令人难以置信的事情。
