步進電機是含有分段磁化轉(zhuǎn)子和由電磁線圈的規(guī)定數(shù)目的定子的簡單的兩相無刷同步電動機。當通電時,這些線圈會產(chǎn)生南北輪詢,推動或拉動分段磁化轉(zhuǎn)子以使其旋轉(zhuǎn)。該圖顯示了典型混合式步進電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和齒對齊。圍繞整個直徑均勻分布的細齒提供導致機械運動的增量角旋轉(zhuǎn)。
步進電機由兩個繞組(2相)組成,直流電流供電。當一個繞組中的電流反向時,電機軸移動一步。通過反轉(zhuǎn)每個繞組中的電流,可以輕松精確地控制電機的位置和速度,這使得步進電機非常適用于許多不同的運動控制應用。步進大小由電機設(shè)計特性決定,1.8步進角最常見(由200個齒組成)。其他步距角很容易獲得。每轉(zhuǎn)步數(shù)的計算方法是將360除以步距角。
步進電機是通過保持轉(zhuǎn)矩和相應的額定電流來選擇的。保持轉(zhuǎn)矩指定了在不引起連續(xù)旋轉(zhuǎn)的情況下施加到電機(以其額定電流通電)的最大外部轉(zhuǎn)矩。在電機開始旋轉(zhuǎn)時,可用扭矩通常稱為拉出扭矩。拉出扭矩額定值表示為繪制在電機速度/扭矩曲線上的值。
步進電機的線圈可以配置為單極或雙極排列。由于簡單的步進電機驅(qū)動器電子設(shè)備可用于對線圈進行排序以旋轉(zhuǎn)電機軸,因此單極配置最容易控制。雙極排列需要更復雜的驅(qū)動器來正確排列繞組以控制電機,這也提供了額外的性能優(yōu)勢,例如更高的保持扭矩。
步進驅(qū)動器可提供各種電壓和電流額定值。電機的性能高度依賴于驅(qū)動器提供的電流和電壓。術(shù)語整步、半步和微步通常用于討論步進電機。例如,1.8步進電機在360整圈旋轉(zhuǎn)中有200個離散位置。由于360除以200等于1.8,因此每次命令電機走一步時,電機軸將前進1.8-稱為整步。術(shù)語半步表示0.9步距角(完整1.8步距的一半),這是通過開關(guān)技術(shù)實現(xiàn)的,該技術(shù)交替向每個繞組依次施加正電流、無電流和負電流。
術(shù)語微步是指一種更復雜的控制形式,它超越了電機相繞組之間的簡單功率切換,以控制發(fā)送到各個繞組的電流量。
微步進的一個主要好處是降低電機以其固有頻率運行時出現(xiàn)的共振幅度。微步進允許軸定位在整步和半步方法提供的1.8或0.9位置以外的位置。微步位置出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的兩個角點之間。最常見的微步增量是整步的1/5、1/10、1/16、1/32、1/125和1/250。