直流电机原理图解深入浅出步进电机结构运行秘密与独特魅力
导语：步进电机是一种独特的机电装置，它能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，步进电机能够实现对转向、速度和旋转角度的精确控制，无需闭环反馈系统即可实现高效位置和速度控制。
基本结构与工作原理
步进电机的基础构造（如图1所示）
工作原理解析
步进驱动器利用外部提供的控制信号及方向指令，通过复杂的内部逻辑处理，将其翻译成适当时序下通或断开线圈，使得电子设备以一定规律进行正向或反向旋转，或保持静止锁定。
以1.8度两相步进电机为例，当两个绕组同时励磁并保持恒流状态时，输出轴会保持静态不动，并锁定该位置。在满载情况下，即使没有输入信号，仍能维持最大力矩。当其中一相绕组励磁方向发生变化时，设备将顺着一个既定的方向旋转一步(1.8度)。同样的，如果是另一个相绕组励磁方向改变，则逆向旋转一步(又是1.8度)。当按顺序依次变换每个线圈中的励磁方向时，便可以实现连续且精准地沿既定路径进行旋转移动，其运行精度极高，每完成一次完整圆周需要200步。
两相步进有两种典型形式：双极性与单极性。双极性设计中，每个相只有一根线圈，而单极性则每相都含有两个互补的线圈。这决定了它们在驱动模式上不同的需求——双极性的要求更高于单极性的四倍开关数量，但它提供了约40%比单极性的额外力矩输出能力。
加速减速运动管理
双極電機: 2 相, 4 開關
單極電機: 2 相, 4 開關
图3 - 步進電機運行原理圖展示了這些操作過程。
二者的優點：
• 精確位置調節：通過輸入脈衝數量來確定軸轉動角度，可達到微小誤差（小於十分之一個角度），且不累積。
• 精確轉速調整：通過變化輸入脈衝頻率，可以實現轉速之間準確與方便調整。
• 前後轉動、急停及鎖定功能：在全範圍內均可有效操控力矩與位置，並包括靜態鎖定狀態時仍維持一定力的輸出。
• 在低轉速條件下的精准位置控制：無需齒輪箱調整即可平穩運行並產生較大力的輸出，以避免功率損耗以及角位偏差，並降低成本並節省空間。
• 長壽命設計：由於無刷設計，因此其使用壽命主要取決於軸承本身而非其他因素影響。
振動噪音問題：
當從空載狀態開始進行運動時，由於共振現象會發生，在某些情況下可能導致失蹤。在應對此類問題時，有幾種方法：
A 避開振動區間
B 微分驅動模式
C 正弦波驅動
結論：
在各種設備中，如同步帶軸系統或滾珠丝杠軸系統等，都常見到使用步進電機來實現直線運動轉換。此外，這種技術也廣泛應用於打印機、掃描儀器、三維打印機等日常生活工具中，因為它們具有經濟實用且可以獲得良好精度的一般優點。此外，它們通常無需回饋系統，這使得他們非常適合那些需要快速響應時間但具備有限預算限制的人選擇。而且，這種技術對于那些需要長期運行而不斷重複相同任務的人選擇尤為吸引人，因為它們可以提供高度準確程度，並減少故障可能性。
