圖文講解步進(jìn)電機(jī)的類型結(jié)構(gòu)與原理，非專業(yè)人士也能看懂

一往冇前

在工業(yè)自動(dòng)化中，步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用非常的廣泛。例如工業(yè)機(jī)器人、3D打印機(jī)、計(jì)算機(jī)硬盤等都有步進(jìn)電機(jī)的身影。步進(jìn)電機(jī)的特殊性在于它可以控制轉(zhuǎn)子的角度位置，而不需要傳感器來控制位置，因此是一種開環(huán)控制系統(tǒng)。與直流無刷電機(jī)相似，他們都是通過控制線圈的通電時(shí)序，使磁鐵之間產(chǎn)生相互作用的力來旋轉(zhuǎn)。

根據(jù)步進(jìn)電機(jī)的構(gòu)造，可以分為永磁式、反應(yīng)式和混合式3種。目前最常用的是混合式步進(jìn)電機(jī)，因?yàn)樗�綜合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。我們先通過永磁式步進(jìn)電機(jī)來了解一些其結(jié)構(gòu)和控制原理，然后進(jìn)一步了解反應(yīng)式和混合式步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制原理。

為了增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，減少渦輪損失，步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子和定子框架都是由高磁導(dǎo)率的硅鋼片疊成。在定子框架上有4個(gè)定子齒，將其繞上兩組線圈并通電后，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，此時(shí)線圈就變成了電磁鐵。

根據(jù)右手定則，一端會(huì)變成N極一端會(huì)變成S極，這種極性的變化可以通過改變電源的正負(fù)極來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換。如果將電源的正負(fù)極轉(zhuǎn)換加上一定的規(guī)律性，定子部分就行形成一個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，這樣轉(zhuǎn)子就會(huì)隨著旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。而轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)有一個(gè)很重要的參數(shù)，那就是：步距角。步距角就是一個(gè)脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度，其計(jì)算公式為：360度除以括號(hào)轉(zhuǎn)子齒數(shù)乘以運(yùn)行拍數(shù)（永磁體齒數(shù)可以認(rèn)為為1）。此步進(jìn)電機(jī)的步距角為90度。

步進(jìn)電機(jī)并不能直接接電源工作，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的是通過脈沖信號(hào)來控制器工作的，因此步進(jìn)電機(jī)的工作需要驅(qū)動(dòng)器來控制。通過PLC編程控制脈沖的數(shù)量和頻率以及電機(jī)各相繞組的功率順序，控制步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式有3種，即滿步、半步以及微步驅(qū)動(dòng)。而根據(jù)通電相數(shù)，滿步驅(qū)動(dòng)又分為單相滿步驅(qū)動(dòng)和雙相滿步驅(qū)動(dòng)兩種，這個(gè)看圖片我們就很容易能看懂。

半步驅(qū)動(dòng)就是一次只驅(qū)動(dòng)半個(gè)步距，它是通過單雙電交替通電實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)單相通電時(shí)，一個(gè)線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)，轉(zhuǎn)子指向通電的線圈，而當(dāng)雙相通電時(shí)，兩個(gè)線圈都產(chǎn)生磁場(chǎng)，合成的磁場(chǎng)使轉(zhuǎn)子處于中間位置。大家可以看圖片理解一下。

微步驅(qū)動(dòng)其實(shí)也不難理解。隨著電流的大小變化，線圈磁場(chǎng)的強(qiáng)度也會(huì)隨之變化，轉(zhuǎn)子的平衡位置也會(huì)發(fā)生變化，這就是微步驅(qū)動(dòng)的原理。A線圈開始有最大電流，B線圈電流為0，轉(zhuǎn)子指向A線圈。如果A線圈電流慢慢減小，B線圈電流慢慢增大，轉(zhuǎn)子就會(huì)慢慢的轉(zhuǎn)向B線圈。宏觀來看，A、B線圈的電流變化都接近于三角函數(shù)曲線。電流每一步變化的大小，則決定了微步運(yùn)動(dòng)的大小。雖然步數(shù)越多，運(yùn)動(dòng)越平滑，但是扭矩也會(huì)相應(yīng)的減小。

反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子是由軟性材料制作而成的，轉(zhuǎn)子上有多個(gè)凸極，這樣線圈通電時(shí)，才會(huì)吸引轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。這類電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低，但是動(dòng)態(tài)性能差，可靠性不好，因此很少使用。

目前最常用的是混合式步進(jìn)電機(jī)，這類電機(jī)綜合了以上兩種電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。步距角小，力矩大，動(dòng)態(tài)性能好。混合式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子比較特殊，它是由兩個(gè)帶齒鋼杯裝在永磁鐵的中心軸上組成的。轉(zhuǎn)子一端N極一端為S極，N及與S極齒牙是錯(cuò)位的。常用的混合式步進(jìn)電機(jī)為1.8度步距角，轉(zhuǎn)子有50齒，而定子只有48齒，分為8個(gè)主極。如果將這8個(gè)主極分為4對(duì)，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)其中1對(duì)定子與轉(zhuǎn)子的齒牙是完全對(duì)齊的，一對(duì)定子與轉(zhuǎn)子的齒牙是錯(cuò)牙的，另外兩組的定子與轉(zhuǎn)子的齒牙則是半對(duì)齊的。當(dāng)給定子一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，定子磁場(chǎng)發(fā)生變化，轉(zhuǎn)子就會(huì)輕微移動(dòng)以便與定子齒位對(duì)齊，在全驅(qū)動(dòng)情況下，每次移動(dòng)都是一個(gè)凹齒或者凸齒的一半，這個(gè)角度就是1.8度。如果是半步驅(qū)動(dòng)的話，這個(gè)角度會(huì)進(jìn)一步減小，也就是0.9度。

以上就是步進(jìn)電機(jī)的基本原理，不知道大家看懂了沒呢？

魏浩哲

學(xué)到了

景浩jh

很形象

平凡yjr

很好，學(xué)習(xí)了

zhuxiaohu1

學(xué)到了系欸額樓主

z424385518

最后面一個(gè)沒太懂，看懂文字了，但具體運(yùn)作一知半解。

菜鳥1號(hào)CAD

學(xué)習(xí)到了

深圳晨夕

感謝

邢云鶴

感謝分享

whb863

原來如此，學(xué)到了，感謝！