步進電機的構(gòu)造/類型/驅(qū)動方法/應(yīng)用

　　步進電機徹底改變了當(dāng)今世界的機械。這些電機主要用于3D打印機，數(shù)控機床，機器人等。步進電機只不過是一種步進移動的直流電機，每一步都可以精確控制。因此，與其他電機相比，步進電機具有高精度，它們還具有高扭矩，可以處理重負(fù)載，使其成為機械的理想選擇。除此之外，這些電機沒有任何像伺服電機那樣的反饋機制，并且在開環(huán)條件下運行。

　　步進電機的構(gòu)造：

　　步進電機結(jié)構(gòu)與直流電機非常相似。它還有一個永磁體作為轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子將位于中心，當(dāng)力作用在其上時將旋轉(zhuǎn)。該轉(zhuǎn)子被許多定子包圍，定子由磁線圈纏繞在其上。定子將盡可能靠近轉(zhuǎn)子放置，以便定子中的磁場可以影響轉(zhuǎn)子的運動。為了控制步進電機，每個定子將依次供電。在這種情況下，定子將磁化并充當(dāng)電磁極，對轉(zhuǎn)子施加排斥力并推動其移動一步。定子的替代磁化和消磁將逐步移動轉(zhuǎn)子，使其能夠很好地控制旋轉(zhuǎn)。

　　根據(jù)定子，它可以分為兩種類型。它們是單極和雙極步進電機。

　　單極步進電機：

　　在單極電機中，每個定子繞組都有中心抽頭設(shè)置，該裝置將連接到Vcc或接地。在此設(shè)置中，電流一次僅流向繞組的一半。電流根據(jù)連接到 Vcc 或 GND

的內(nèi)容流入或流出中心抽頭端子。當(dāng)電流通過繞組時，定子將充當(dāng)磁極。在這里，允許電流通過繞組的一半將使定子成為北極，而通過另一半的電流將感應(yīng)到南極。這使得電機易于控制和順時針和逆時針方向操作。繞組兩端的簡單晶體管足以在兩個方向上運行這種類型的步進電機。

　　盡管具有單極電機的優(yōu)點，但扭矩較小，無法處理笨重的負(fù)載。另外，由于一次只有一半的線圈繞組處于活動狀態(tài)，定子線圈將更多導(dǎo)致線圈電阻增加。

　　雙極步進電機：

　　與單極電機相反，雙極電機的定子繞組沒有中心抽頭連接，因此電流將流過整個線圈。您可以通過在一個端子上施加 Vcc

同時將另一個端子接地來強制電流通過線圈。一個方向的電流將使定子成為北極，而相反方向的電流將使其成為南極。與單極電機不同，雙極電機需要像H橋這樣的特殊布置才能在兩個方向上操作它們。雙極電機具有高扭矩，可以處理笨重的負(fù)載。但是驅(qū)動這種電機需要特殊的電路，這可能會增加所涉及的成本。

　　步進電機也可以根據(jù)其結(jié)構(gòu)分為不同的類型。我們將在本教程的后面部分看到這一點，以便更好地理解。

　　驅(qū)動步進電機：

　　步進電機由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，需要特殊的電路來驅(qū)動它們。驅(qū)動步進電機的方法有很多種。在本教程中，我們將介紹驅(qū)動電機的最常見方法。為了解釋，我們將考慮四相步進電機。

　　單勵磁模式：

　　這是驅(qū)動步進電機的最基本方法，使用不多，但仍然值得了解以了解步進電機的驅(qū)動。在這種方法中，每個相鄰的相或定子將依次使用特殊電路逐個激活。這會使定子磁化和消磁，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子一次一步地運動。

　　全步驅(qū)動：

　　在這種方法中，不是一次激活一個定子，而是激活兩個定子，它們之間間隔很短的時間。在此模式下，任何兩個定子都將處于活動狀態(tài)。這意味著第一個定子打開，第二個定子將在短時間間隔后打開，而第一個定子仍然打開。這種方法產(chǎn)生高扭矩，并使電機能夠驅(qū)動高負(fù)載。

　　半步驅(qū)動：

　　此方法與全步進驅(qū)動非常相似。在這里，兩個相鄰放置的定子將首先被激活，第三個定子將被激活;這兩個定子被停用。這個循環(huán)首先激活兩個定子，然后一個定子重復(fù)以驅(qū)動步進電機。這種方法可以提高電機的分辨率，同時降低扭矩。

　　微步進：

　　由于其準(zhǔn)確性，這是最常用的駕駛方法。驅(qū)動電路以正弦波形的形式向定子線圈提供可變步進電流。這些微小的步進電流平滑地大大提高了每個步進的精度。這種方法被廣泛使用，因為它提供了很高的精度并在很大程度上降低了操作噪音。

　　基于結(jié)構(gòu)的步進電機類型：

　　有不同類型的步進電機，其結(jié)構(gòu)和工作的復(fù)雜性各不相同。在本教程中，我們將看到一些基本類型及其構(gòu)造。

　　永磁步進電機：

　　在該電機中，永磁體用作轉(zhuǎn)子和周圍的電磁定子。這是我們在上面的例子中看到的電機。在這里，定子將被磁化和消磁以移動轉(zhuǎn)子并使電機旋轉(zhuǎn)。

　　可變磁阻步進電機：

　　該電機使用鐵磁轉(zhuǎn)子和電磁定子與線圈繞組進行磁化。在這里，轉(zhuǎn)子將有多個突起，也稱為齒，其作用類似于磁極。這種步進電機基于磁阻工作，因此得名。當(dāng)電流通過定子極時，它將磁化并拉動轉(zhuǎn)子的突出極，其方式是它們之間的距離最小且完全對齊。驅(qū)動電路將繼續(xù)磁化定子，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

　　混合式同步步進電機：

　　這是上述兩種電機的永久和可變磁阻步進電機的組合。該電機由永磁齒形轉(zhuǎn)子組成，就像永磁步進電機中的轉(zhuǎn)子一樣，其中有一組北極和南極。也就像可變不阻電機一樣，定子里面有齒。定子的幾個齒將與轉(zhuǎn)子的齒對齊，而其他齒不會相互對齊。當(dāng)定子通過向其提供電流而磁化時，磁通量驅(qū)動轉(zhuǎn)子移動一步。定子和轉(zhuǎn)子中齒的存在會改變磁通量并按預(yù)期逐步驅(qū)動電機。

　　混合同步電機最受歡迎，因為它具有高扭矩和分辨率。半步等驅(qū)動模式甚至可以提高該電機的分辨率。而全步或微步可用于增加扭矩，精度和平穩(wěn)工作?；旌蟿恿﹄姍C因其具有的優(yōu)勢而最受歡迎，但由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本很高。

　　步進電機要尋找的特性：

　　這些是您需要在步進電機中尋找的一些重要特性。

　　分辨率

　　旋轉(zhuǎn)角度

　　工作電壓

　　力矩

　　速度

　　步進電機的應(yīng)用：

　　打印機

　　數(shù)控機床

　　3D打印機

　　激光和光學(xué)

　　工業(yè)機械