步进电机的类型及其工作原理
步进电机是一种需要输入电位差来操作并将其转换为其中心转子/轴机构的离散增量旋转运动的设备。
主轴的旋转是通过响应于施加的电脉冲的离散步骤来执行的。由于电机主轴机构产生的速度和增量可能分别与输入电源的频率和长度密切相关，因此施加的脉冲需要与电机具有明确的同步，以影响正确的操作，因此通过数字控制电路获得。
步进电机用于需要控制各种参数运动的应用。具体来说，当操作涉及临界旋转角度、速度、同步等时，步进电机的使用变得势在必行。这些机器的一些典型应用包括计算机打印机，高清驱动器，关键的医疗设备，传真机，绘图仪等，仅举几例。
步进电机的类型
永久磁铁(PM):也被称为“锡罐”或“罐头库存”，这些是一种廉价，低分辨率类型的步进电机，步进角度通常为7.5到15度(每转48到24步)。
通过下面提供的插图，可以了解永磁步进电机的工作概念。(请按此放大。)该类型利用永磁体和消除转子齿或步骤的就业通常与其他更复杂的类型的步进电机。相反，旋转效果是通过转子板的交替磁化产生的。施加在绕组上的电脉冲交替产生感应磁通量，从而影响转子的永磁体。这些相互作用的磁通量的影响产生高扭矩水平负责所需的旋转。
上述机制与PM步进电机使他们相对更有效的变磁阻类型。
可变磁阻(VR):这种类型的步进电机主要包括一个中心转子缸/轴组件，由多个齿抬高其整个径向表面。定子组件由几层超漆包线缠绕在层压铁冲压件上组成，与转子紧密相连。施加在定子绕组上的电脉冲在转子齿上产生交替排列的磁通量，产生扭转效应。这些交替的推/拉和转子的扭转产生所需的转速和转子/轴总成的扭矩。
混合动力(HB):这种类型的步进电机比上述类型更贵，因为以下有趣的特点:
- 混合步进电机提高了步进分辨率，增量角度从3.6到1度，每转分别为100到400步。
- 该系统结合了PM和VR类型的优点，并在整个同心多齿转子/轴总成上采用了特殊的永磁极布置。
- 多齿转子组件与定子绕组产生的磁通量具有良好的协调能力，从而以良好的控制方式引导转子通过中间空气间隙运动。
与PM和VR类型相比，混合动力类型的上述操作产生更多的动态扭矩分辨率和高效率。
步进电机的优缺点
以下是与步进电机相关的主要优点及其工作方式:
- 旋转角度与所施加的电脉冲完全同步。
- 即使在最低速度或静止期间，电机也可以在定子通电时显示全转矩。
- 这些电机产生突出的启动，停止，和反转响应和适应性。
- 无刷意味着磨损最小，因此增加了操作寿命;然而，轴承条件会影响性能。
- 由于其开环操作特性，控制步进电机比直流电机相对容易，这使得通过调整施加的电脉冲直接精确控制电机运动，从而避免使用复杂的反馈电路。该功能还有助于强制大范围的旋转速度。
然而，步进电机也有一些缺点，尽管大多数是可以忽略不计的。
- 随着高速，控制这些电机变得困难，如果速度控制不受监控，有时会引起电机的共振和振铃效应。
- 另一个可能与步进电机相关的严重问题是，应用的输入电脉冲需要绝对一致和完美无缺。这是因为步进电机内部的绕组需要不断更换，因此固定的直流输入可能变得非常不可取。
- 产生这些脉冲的电路的故障可能会给电机带来灾难，并在几秒钟内烧毁它。
例如，如果由于某些故障条件，应用的输入停止交流和闭锁产生直流电，将意味着特定的绕组加载巨大的直流电流，这最终将导致定子绕组的特定部分发热和燃烧。虽然这可以通过添加额外的预防电路来避免，但绝对不能忽视。
然而，与常规的直流电机不同，由于可能的外部干扰，步进电机的失速永远不会烧毁它，所以可以肯定的是，只有驱动器电路可能会造成可能的损坏。
