步进电机原理及内部结构

什么是步进电机，步进电机原理及内部结构是什么，从家中的简单DVD播放器或打印机到高度复杂的数控机床或机械臂，步进电机几乎无处不在。它能够实现电子控制的精确运动，使这些电机可以应用于许多类似的监视器，硬盘，数控机床，3D打印机，机器人，装配机器人，激光切割机等等。在本文中，让我们了解这些电机的特殊之处及其背后的理论。

步进电机简介

与所有电机一样，步进电机也有定子和转子，但与普通直流电机不同，定子由各组线圈组成。线圈的数量将根据步进电机的类型而不同，但是现在只需要了解在步进电机中，转子由金属杆组成，每个杆将被定子中的一组线圈吸引。下图显示了一个带有8个定子极和6个转子极的步进电机。

步进电机内部结构

如果您看下定子上的线圈，它们按线圈对排列，如A和A'形成一对B和B'形成一对，依此类推。因此，每个线圈对形成一个电磁铁，它们可以使用驱动电路单独通电。当线圈通电时，它充当磁铁并且转子极与其对准，当转子旋转以调节其自身以与定子对准时，它被称为一步。类似地，通过按顺序激励线圈，我们可以以小步骤旋转电动机以完成旋转。

步进电机的类型

基于结构的步进电机主要有三种类型：

可变磁阻步进电机：它们具有铁芯转子，它被定子磁极吸引，并通过定子和转子之间的最小磁阻提供运动。

永磁步进电机：它们具有永磁转子，它们根据施加的脉冲被排斥或吸引到定子。

混合同步步进电机：它们是可变磁阻和永磁步进电机的组合。

除此之外，我们还可以根据定子绕组的类型将步进电机分类为单极和双极。

双极步进电机：此类电机上的定子线圈不具有公共电线。这种步进电机的驱动是不同的和复杂的，并且没有微控制器也不能容易地设计驱动电路。

单极步进电机：在这种类型的步进电机中，我们可以将相绕组的中心抽头用于公共接地或公共电源，如下所示。这使得驱动电机变得容易，单极步进电机也有很多类型

步进电机极性

步进电机的工作模式

由于步进模式的定子由不同的线圈对构成，因此每个线圈对可以用许多不同的方法激励，这使得模式能够以许多不同的模式驱动。要了解步进电机原理先看看以广泛的分类

全步模式

在全步激励模式下，我们可以以最小的匝数(步长)实现完整的360°旋转。但这会导致惯性减小，旋转也不会平滑。在全步激励中还有两个分类，它们是一个相位波步进和两个相位模式。

1.一个相位步进或波形步进：在此模式下，电机的一个端子(相位)将在任何给定时间通电。这具有较少的步数，因此可以实现完整的360°旋转。由于步数较少，因此该方法消耗的电流也非常低。下表显示了4相步进电机的波形步进顺序

2.两个阶段性步进：正如该方法中的名称所示，两个阶段将是一个阶段。它具有与波步进相同的步数，但由于两个线圈一次通电，因此与先前的方法相比可以提供更好的扭矩和速度。虽然一个缺点是这种方法也消耗更多的能量。

半步模式

半步模式是一个相接通模式和两相接通模式的组合。这种组合将帮助我们克服两种模式的上述缺点。

正如您可能已经猜到的那样，因为我们将两种方法结合起来，我们将在此方法中执行8个步骤以获得完整的旋转。下面显示的4相步进电机的切换顺序

微步模式