步进电机基本原理.pdf

步进电机是一种特殊的电动机，它能够将电脉冲转换为精确的机械运动，因此在定位和精确控制应用中非常常见。步进电机的基本结构包括永磁转子、线圈绕组和导磁定子。转子由永久磁铁构成，而定子则通过线圈绕组产生可变磁场。 在工作原理上，当定子的一个线圈通电后，会产生一个磁极，转子上的磁体会因异性相吸的原理与定子磁场对齐。通过改变定子线圈的通电顺序，可以控制电机转子按照90°的步距角连续旋转。例如，在一个两相电机中，按照A-B-A-B的顺序切换通电相位，转子就会依次顺时针旋转90°，形成完整的步进循环。 步进电机还可以实现半步进和微步进模式来提高精度。半步进是在两个相位之间插入一个关闭状态，将全步进的步距角分成两半，如90°的步进电机在半步进模式下每步移动45°。然而，这种模式通常会导致扭矩损失15%~30%。微步进则将步距角进一步细分，提供了更高的分辨率，但同样可能导致扭矩下降。 双极性和单极性是步进电机线圈绕组的两种主要类型。双极性绕组每个相都有独立的绕组，通过改变电流方向改变磁极，提供更大的扭矩，但需要更复杂的驱动电路。单极性绕组则每个相包含两个连接在一起的绕组，电流不需反向，简化了驱动器设计，但扭矩较小。 步进电机还存在共振现象，这是由于电机本身作为一个弹性系统，当运行速度接近其固有谐振频率时，可能会产生噪音和振动。为了避免共振，可以通过改变步进速率、采用半步或微步驱动，以及快速穿越共振区来调整。 力矩是步进电机性能的关键指标，受到步进速率、电流强度和驱动器类型的影响。它等于摩擦力矩和惯性力矩之和，而这两者分别与负载、力臂长度和加速负载所需力矩相关。随着步进速率的增加，电机的反向电动势也会增加，限制电流并减少可用的输出扭矩。 选择合适的步进电机要考虑的因素包括所需的线性还是旋转运动、需要的扭矩或力、工作周期、期望的步距角或步进增量、步进速率或转速等。根据这些需求，可以选择直线电机或旋转电机，以确保电机性能满足应用的具体要求。