电机节能技术揭秘步进电机的精妙构造运作奥秘及独特优势
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简便且低成本的解决方案。
基本结构和工作原理
步进电机的基本结构（如图1所示）
图 1 步进电机基本结构图
工作原理
步进驱动器根据外部输入的控制脉冲和方向信号，通过其内部逻辑来操控步进电机中的绕组，以一种确定时序的方式进行正向或反向通電，使得输出轴旋转或锁定位置。
以1.8度两相步进电机为例，当两个绕组都被励磁时，输出轴会保持静止并锁定当前位置。在正常操作条件下，将使得每个绕组按顺序依次变换励磁方向，从而实现连续旋转。对于这种类型的两相步进电机会在一周内完成200个小分量移动，每个小分量是1.8度。
两相步进有两种不同的绕组设计：双极性与单极性。双极性版本仅包含一个线圈，而单极性的则有两个互补方向但相同大小值的线圈。当使用双极性模式时，由于所有三个共振点都会获得100% 的励磁，所以双极性模式下的力矩比单极性的高出约40%。
加速/减速运动控制：
双侧(双極)與單側(單極)兩種驅動型式
工作原理图，如图2所示：
二相(雙極)與二相(單極)驅動機構
圖 2 步進電機運作原理圖
特點：
精確地位調節
通過輸入電脈衝數量來確定軸轉動角度。誤差非常小（少於10/10°），且不累積。
精確轉速調整
轉速取決於輸入頻率，可以實現精確調節並方便應用，因此廣泛應用於各種運動管理領域。
正向/反向轉動及急停功能
在全速度範圍內都可實現對力矩及位置有效管理，包括靜力矩。在鎖定狀態時，即使沒有外部指令也能保持一定力的輸出。
在低轉速情況下的準確位移調節
無需齒輪箱調整即可平穩運行，並提供較大的力矩，並避免了功率損耗及角度偏差降低成本並儲存空間。
長壽命設計保證長期運行能力
由於無刷設計，其壽命主要取決於軸承性能。
振動與噪音問題：
當電機處於空載狀態時，在其固有頻率接近或等於該頻率時會發生共振，這可能導致失去同步。如果採取以下措施之一可以解決這個問題：
A 避開共振區間
將工作頻率設置為避開共振區間之外；
B 針對細分驅動模式
通過微細化驅動來提高每一步骤的小分辨率從而降低震顫。这可以通過调整Motor 相对应流体比例来实现。一旦Motor 进行半阶运行，小幅增强，并采用正弦波流体调节，则会进一步减弱30% 力矩。
結論：
隨著科技進步，我們越來越多地利用這些技術進行創新。我們經常需要精密運動-control system,例如直線運動-synchronized belt axis, 或者滚珠丝杠轴等。而由于没有反馈系统，所以最大的优势就是经济实用并且可以获得很好的准确性。此外，它们还广泛应用于打印设备、扫描仪、摄影设备、ATM自动柜员机以及3D打印技术中。
