步进电机的一些基本概念
步进电动机(或步进电动机)是无刷直流电动机，可以将整个旋转分为许多步。当以适当的顺序向其施加电命令脉冲时，步进电机的轴或主轴将以不连续的步进增量旋转，并且只要没有反馈机制(开环控制器)，就可以精确地控制电机的位置。电机的尺寸要根据实际应用进行仔细选择。
步进电机可用于运动，移动，定位和许多其他功能，在这些功能中，我们需要精确控制机电设备的轴，杠杆或其他运动部件的位置。
步进电机由线圈和磁铁组成，并带有一个在通电时移动的轴。步进电机和直流电机的区别在于轴的移动方式。转子通过以预定顺序向不同的线圈供电而移动。步进电机也可以保持其位置并阻止旋转。
步进电机如何工作?
步进电机将数字信息转换为成比例的机械运动。它们是数字式的，不同于通过改变跨接电流来控制的直流电动机。步进电动机的电磁体由外部控制电路(例如微控制器)供电。为了使电动机轴转动，首先，给一个电磁体供电，这使齿轮的齿磁吸到电磁体的齿上。当齿轮的齿与第一个电磁体对齐时，它们与下一个电磁体稍有偏移。因此，当下一个电磁体打开而第一个电磁体关闭时，齿轮会轻微旋转以与下一个电磁体对齐，然后从那里重复该过程。这些轻微旋转中的每一个都称为一个“步骤”，整步旋转的整数。这样，电动机可以旋转一个精确的角度。
步进电动机的类型
步进电机有三种基本类型：它们是永磁体，可变磁阻和混合动力。
磁阻可变：磁阻
可变的步进电动机是最简单的步进电动机，由软铁多齿转子和绕线定子组成。将直流电施加到定子绕组时，磁极会磁化。当转子齿被吸引到通电的定子磁极上时，就会发生旋转。由于可变磁阻步进电动机的磁铁比永磁步进电动机的磁铁更小，更轻，因此它们更快。VR型步进电机的转子和定子齿轮之间的面积越小，磁力的损失就越小。
永磁体
顾名思义，永磁步进器将永磁体添加到电机结构中。转子不再像VR电动机那样带有齿。取而代之的是，转子被交替布置的北极和南极磁化，磁极位于平行于转子轴的直线上。这些磁化的转子磁极提供了增加的磁通强度，因此，与可变磁阻型步进电机相比，永磁电机具有更高的转矩特性。
混合式
混合式步进电机兼具可变磁阻和永磁步进电机的最佳性能，因此比PM步进电机贵。混合式步进电机在步进分辨率，转矩和速度方面提供了更好的性能。混合式步进电机的转子像可变磁阻步进电机一样是多齿的，并且在其轴周围包含轴向磁化的同心磁体。转子上的齿提供了更好的路径，有助于将磁通量引导到气隙中的首选位置。
步进电机最常用的类型是混合和永磁体。除非他们的项目需要混合式步进电机，否则设计人员会使用永磁体，因为永磁体的成本要低于混合体。
双极和单极步进电机
根据绕组的类型，步进电动机可以分为两类，即双极步进电机和单极步进电机。
单极步进电机具有一个绕组，每个相的中心抽头。对于磁场的每个方向，绕组的每个部分都接通。因为在这种布置中，磁极可以在不切换电流方向的情况下反转，所以对于每个绕组，换向电路可以非常简单。通常，给定一个相，每个绕组的中心抽头就变得很普通：每相给出三个引线，而典型的两相电动机则给出六个引线。通常，这两个相位公共点在内部相连，因此电动机只有五根引线。
双极步进电机每相只有一个绕组。为了使磁极反向，需要使绕组中的电流反向。因此，控制电路必须更加复杂。每相有两根引线，没有一条是通用的。
步进电机的优缺点
优点：
- 电动机的旋转角度与输入脉冲成比例。
- 如果绕组通电，则电动机在静止状态下具有全转矩。
- 它们提供了精确的定位和运动的可重复性，因为好的步进电机的精度为步进的3 – 5%，并且该误差不会在一个步进到下一步进之间累积。
- 它们对启动，停止和反向显示出出色的响应。
- 由于电机中没有接触刷，因此步进器非常可靠。电机的寿命仅取决于轴承的寿命。
- 电机对数字输入脉冲的响应提供了开环控制，使电机更简单且控制成本更低。
- 可以通过直接耦合到轴的负载实现极低速的同步旋转。
- 由于转速与输入脉冲的频率成正比，因此可以实现很大范围的转速。
缺点：
- 如果控制不当，可能会产生共振。
- 以极高的速度操作并不容易。
- 如何使用步进电机?
- 由于步进电机的绕组必须正确通电才能正常运行，因此在使用步进电机时，我们不仅需要了解电气规格，还需要了解机械规格。一些重要的规格说明如下。
电压和电流：
大多数步进电动机的额定电压为5.6或12V。不建议您过分驱动步进电动机的绕组。由于与常规直流电动机不同，如果施加超过额定值30%的过电压，可能会烧毁绕组。电流额定值取决于应用。普通类型可汲取的电流范围为50 mA至1A。电流和电压越高，扭矩越大。
重要的是要考虑每个绕组的额定电流。因此，在设计用于步进电机的电源时，该电源必须能够为每个绕组提供至少两倍的电流，或者在四相类型中为每个绕组提供八倍的电流。
顺序：
使用步进电机时，必须确定产生正确操作的脉冲顺序。
步距角：
当序列中的脉冲施加到电动机时，它前进一个步距，因此轴将移动指定的度数。该步进角可以根据步进电动机的类型而变化。
心率：
脉冲频率决定了电动机的速度。要确定步进电机的每分钟转数(rpm)，您应该知道步进角和每秒的脉冲数。例如，如果您使用步进角为2度的步进电机并每秒施加160个脉冲，则电机将以每秒1转或60 rpm的速度运行。步进电机不适用于高速应用。推荐的最高速度为每秒2或3圈。
扭矩：
步进电机产生的扭矩不是很高。典型的步进电机在运行时每厘米只能提供几克。因此，当需要高扭矩时，必须添加变速箱。由于转矩随速度下降，因此在低速应用中使用这些电动机很重要。
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