揭秘常见电机的奥秘步进电机的核心结构运行原理与独特特性
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转向、速度和旋转角度的精确控制。在不使用闭环反馈控制系统的情况下，这种开环控制系统就能提供高精度的位置和速度控制。
基本结构与工作原理
步进电机基本结构（如图1所示）
工作原理
步进驱动器根据外部输入的控位脉冲以及方向信号，通过内部逻辑电子元件来处理这些信息。这种处理方式使得驱动器能够准确地触发每个绕组以确定时序进行正向或反向通电，从而导致整个设备产生机械运动或保持静止状态。
以1.8度两相步进电机为例，当两个相互独立但同步运行的绕组同时被励磁时，输出轴会保持静止并锁定当前位置。在适当的额定功率下，即便在锁定状态下，仍然能维持最大力矩。当其中一条绕组发生逆变时，即从正向变为负向或者从负向变为正向，则该方向上产生力的部分将开始旋转一个固定距离（即1.8度）。同样，如果另一条相互独立但同步运行的绕组发生逆变则会产生与前者相反方向下的旋转。因此，当按顺序依次改变每个绕组中的励磁方向时，可以实现连续且精确的机械运动。这对于需要高度精细化操作的地方来说尤其重要，比如打印头移动到特定的位置，以及3D打印技术中构建复杂几何形状。
两相步进電機有兩種繞組形式：雙極性與單極性。双极性電機具有单一线圈，而单极性電機則是由两个具有相同极性的线圈构成。当采用双极性模式時，由於所有絲杠線圈均同時励磁，因此双极性模式下的输出力矩比单极性模式大约增加了40%。
加速减速运动控制：
2 相(双极)步進電機
2 相(单極)步進電機
圖 2 步進電機工作原理圖
電子技術手法：
• 精確位置調節：
通過輸入脈衝數量來確定軸轉動角度。
位置誤差非常小，只需幾分之一度，並且不會累積。
• 精確轉速調節：
輸入頻率決定轉速，可進行精確調整並方便操作。
因此，它們廣泛應用於各種運動控制領域。
• 正/負轉動、急停及鎖定功能：
在全程速度範圍內都可實現對力矩與位置有效管理，
包括靜態力矩。在鎖定狀態下（存在額外流量，但無外界指令），仍維持一定力的輸出。
• 在低轉速條件下的準確場所置調節：
無需齒輪箱調整，就能平穩運行並產生較大的力矩，
避免了功率損耗和角位偏差，並降低成本，節省空間長期運用時間增加了使用壽命減少問題。
振動噪音問題解决方案：
A 避開振動區間
將工作頻率設定為非共振區間，以避免共振發生失蹤現象。
B 采用細分驅動模式
通過微型化驅動方法將原本的一個單位細分為多個單位從而提高設備性能。此做法可能涉及修改系統參數以獲得最佳效果。微驅動通常不会显著影响直線推移点之间距离，但是它可以改善设备运作稳定性，并减少噪声水平。这通常通过调整每个给定的物理空间内不同时间段内生成的一个或多个带宽增强交流波形来完成，从而达到更好的效益。
結論：
在日常生活中，不仅仅是在工业生产领域，我们经常见到使用到的这样的技术——例如，在打印机中用于纸张移动，在扫描仪中用于页面翻页等等。而由于它们既经济又高效，又能提供良好的准确程度，这些技术应用范围不断扩展，为我们的生活带来了更多便利，同时也促成了科技发展新的里程碑。
