步进电机基础
步进电机基础
大部分直线运动应用(包括滚珠丝杠传动，丝杠传动，齿轮齿条传动和使用两种电机驱动：伺服或步进电机。伺服电机是一个闭环装置，意味着它包含一个编码器，用于监控电机的实际位置，并将该信息反馈给驱动器，将其与指令位置进行比较，并进行必要的调整。另一方面，步进电机主要是开环装置，没有反馈机构来确保实际位置与目标位置匹配。对于不需要位置反馈的应用，步进电机可以以较低的价格提供出色的性能，而且比伺服电机更简单的控制方案。
步进电机基础结构
顾名思义，步进电机按步数移动，即步进角度，通常为90度(每步360°/ 90°= 4步每转)至0.75度(360°/0.75°每步=每转500步)。它们的基本结构由外定子和内转子组成。转子的设计取决于所讨论的步进电机的类型，但是在各种类型步进电机的定子类似，在其转子和定子上具有均匀的齿并且包含特定数量的极。极点只是定子的磁性部分，每个极点都有一个绕组缠绕在定子上。因此，当电流被施加到绕组时，相对的磁极被磁化。
按定子上绕组来分，大多数步进电机为2相或5相设计。每相也可以有多个极对; 例如，两相步进电机在每相中可以具有3极对(6极)，总共12极。
步进电机类型
有三种通用步进电机设计：反应式，永磁式和混合式电机。无论设计如何，步进电机都有几个共同的性能特征。首先，它们在低速下产生高扭矩，当转子静止时可获得最大扭矩，使其适用于需要保持负载的应用。其次，步进电机的速度与输入脉冲的频率直接相关，从而很容易实现和控制变速运动。步进电机也有一个非累积的定位误差，所以如果指定的误差是±5°，不管电机是完成一步还是一百步，其最终位置将在预定位置的±5°以内。
基本的步进电机速度 - 转矩曲线表明，最大转矩是在静止状态下达到的。
可变式磁阻步进电机
可变磁阻步进电机具有由软磁材料制成的转子。定子和转子都是带齿的，但是转子的齿数比定子少，以确保只有一组定子和转子齿在任何时间对准。当定子相通电时，铁心转子齿与通电的定子齿对齐，从而实现磁场的磁阻(类似于电路中的电阻)最小化。
可变磁阻步进电动机具有一个软磁材料的转子，其齿部被吸引到被激励的定子磁极上。
可变磁阻设计可以产生中等扭矩并具有大的步进角度，但是由于它们的转子是无源的(非磁化的)，所以它们没有经验制动扭矩(见下文)。一般来说，可变磁阻步进电机是最便宜的步进电机。
永磁式步进电机
永磁步进电机具有永磁铁转子，并且当定子相(一对相反的磁极)通电并且产生电磁场时工作。磁转子的N极被吸引到相的S极，反之亦然，导致转子转动。
永磁步进电机的基本功能
永磁步进电机具有中等步距角并产生高转矩。当转子静止时，它们也表现出良好的保持力矩，而不会产生过多的热量。当线圈未通电时，由于转子和定子之间的磁通量，它们显示出残余转矩(也称为定位转矩)。这对于在关闭电源的情况下保持负载很有用。
混合式步进电机
混合式步进电机采用上述两种设计的特征，使用带有齿的永磁转子。混合式电机的转子通常是两部分，一部分磁化为N，另一部分磁化为S.每个转子部分的齿偏移1/2齿距，因此如果每个部分具有50个齿(极)，转子将是100极。定子通常有两个相位，相差1/4齿距。
混合式步进电机的转子由具有齿的永磁体制成，以实现非常小的步进??角。
组合的定子和转子的齿设计每转200步，给混合式电机一个小的步进角，特别是与可变磁阻或永久磁铁设计相比。混合式步进电机与其他设计相比，还具有更高的扭矩能力和更多的保持扭矩和制动扭矩。
Application Considerations应用注意事项
如上面的速度 - 转矩曲线所示，随着速度的增加，步进电机转矩迅速下降。此外，步进电机无论其速度(静止或移动)都会吸收全电流，从而导致高发热。虽然步进电机本质上是开环的，但是它们可以通过增加一个编码器在闭环结构中运行。但是，这有些否定低成本和易用性的特点，使其成为许多应用的理想选择。
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