步进电机的构造/类型/驱动方法/应用

　　步进电机彻底改变了当今世界的机械。这些电机主要用于3D打印机，数控机床，机器人等。步进电机只不过是一种步进移动的直流电机，每一步都可以精确控制。因此，与其他电机相比，步进电机具有高精度，它们还具有高扭矩，可以处理重负载，使其成为机械的理想选择。除此之外，这些电机没有任何像伺服电机那样的反馈机制，并且在开环条件下运行。

　　步进电机的构造：

　　

　　步进电机结构与直流电机非常相似。它还有一个永磁体作为转子。转子将位于中心，当力作用在其上时将旋转。该转子被许多定子包围，定子由磁线圈缠绕在其上。定子将尽可能靠近转子放置，以便定子中的磁场可以影响转子的运动。为了控制步进电机，每个定子将依次供电。在这种情况下，定子将磁化并充当电磁极，对转子施加排斥力并推动其移动一步。定子的替代磁化和消磁将逐步移动转子，使其能够很好地控制旋转。

　　根据定子，它可以分为两种类型。它们是单极和双极步进电机。

　　单极步进电机：

　　在单极电机中，每个定子绕组都有中心抽头设置，该装置将连接到Vcc或接地。在此设置中，电流一次仅流向绕组的一半。电流根据连接到 Vcc 或 GND

的内容流入或流出中心抽头端子。当电流通过绕组时，定子将充当磁极。在这里，允许电流通过绕组的一半将使定子成为北极，而通过另一半的电流将感应到南极。这使得电机易于控制和顺时针和逆时针方向操作。绕组两端的简单晶体管足以在两个方向上运行这种类型的步进电机。

　　尽管具有单极电机的优点，但扭矩较小，无法处理笨重的负载。另外，由于一次只有一半的线圈绕组处于活动状态，定子线圈将更多导致线圈电阻增加。

　　双极步进电机：

　　与单极电机相反，双极电机的定子绕组没有中心抽头连接，因此电流将流过整个线圈。您可以通过在一个端子上施加 Vcc

同时将另一个端子接地来强制电流通过线圈。一个方向的电流将使定子成为北极，而相反方向的电流将使其成为南极。与单极电机不同，双极电机需要像H桥这样的特殊布置才能在两个方向上操作它们。双极电机具有高扭矩，可以处理笨重的负载。但是驱动这种电机需要特殊的电路，这可能会增加所涉及的成本。

　　步进电机也可以根据其结构分为不同的类型。我们将在本教程的后面部分看到这一点，以便更好地理解。

　　驱动步进电机：

　　

　　步进电机由于其结构复杂，需要特殊的电路来驱动它们。驱动步进电机的方法有很多种。在本教程中，我们将介绍驱动电机的最常见方法。为了解释，我们将考虑四相步进电机。

　　单励磁模式：

　　

　　这是驱动步进电机的最基本方法，使用不多，但仍然值得了解以了解步进电机的驱动。在这种方法中，每个相邻的相或定子将依次使用特殊电路逐个激活。这会使定子磁化和消磁，导致转子一次一步地运动。

　　全步驱动：

　　

　　在这种方法中，不是一次激活一个定子，而是激活两个定子，它们之间间隔很短的时间。在此模式下，任何两个定子都将处于活动状态。这意味着第一个定子打开，第二个定子将在短时间间隔后打开，而第一个定子仍然打开。这种方法产生高扭矩，并使电机能够驱动高负载。

　　半步驱动：

　　

　　此方法与全步进驱动非常相似。在这里，两个相邻放置的定子将首先被激活，第三个定子将被激活;这两个定子被停用。这个循环首先激活两个定子，然后一个定子重复以驱动步进电机。这种方法可以提高电机的分辨率，同时降低扭矩。

　　微步进：

　　

　　由于其准确性，这是最常用的驾驶方法。驱动电路以正弦波形的形式向定子线圈提供可变步进电流。这些微小的步进电流平滑地大大提高了每个步进的精度。这种方法被广泛使用，因为它提供了很高的精度并在很大程度上降低了操作噪音。

　　基于结构的步进电机类型：

　　有不同类型的步进电机，其结构和工作的复杂性各不相同。在本教程中，我们将看到一些基本类型及其构造。

　　永磁步进电机：

　　

　　在该电机中，永磁体用作转子和周围的电磁定子。这是我们在上面的例子中看到的电机。在这里，定子将被磁化和消磁以移动转子并使电机旋转。

　　可变磁阻步进电机：

　　

　　该电机使用铁磁转子和电磁定子与线圈绕组进行磁化。在这里，转子将有多个突起，也称为齿，其作用类似于磁极。这种步进电机基于磁阻工作，因此得名。当电流通过定子极时，它将磁化并拉动转子的突出极，其方式是它们之间的距离最小且完全对齐。驱动电路将继续磁化定子，使转子旋转。

　　混合式同步步进电机：

　　

　　这是上述两种电机的永久和可变磁阻步进电机的组合。该电机由永磁齿形转子组成，就像永磁步进电机中的转子一样，其中有一组北极和南极。也就像可变不阻电机一样，定子里面有齿。定子的几个齿将与转子的齿对齐，而其他齿不会相互对齐。当定子通过向其提供电流而磁化时，磁通量驱动转子移动一步。定子和转子中齿的存在会改变磁通量并按预期逐步驱动电机。

　　混合同步电机最受欢迎，因为它具有高扭矩和分辨率。半步等驱动模式甚至可以提高该电机的分辨率。而全步或微步可用于增加扭矩，精度和平稳工作。混合动力电机因其具有的优势而最受欢迎，但由于其结构复杂，成本很高。

　　步进电机要寻找的特性：

　　这些是您需要在步进电机中寻找的一些重要特性。

　　分辨率

　　旋转角度

　　工作电压

　　力矩

　　速度

　　步进电机的应用：

　　打印机

　　数控机床

　　3D打印机

　　激光和光学

　　工业机械