图文讲解步进电机的类型结构与原理，非专业人士也能看懂

大家好，欢迎收看直观机械，今天我们来一起看一看步进电机的基本结构和原理。
在工业自动化中，步进电机的应用非常的广泛。例如工业机器人、3D打印机、计算机硬盘等都有步进电机的身影。步进电机的特殊性在于它可以控制转子的角度位置，而不需要传感器来控制位置，因此是一种开环控制系统。与直流无刷电机相似，他们都是通过控制线圈的通电时序，使磁铁之间产生相互作用的力来旋转。

文章图片
根据步进电机的构造，可以分为永磁式、反应式和混合式3种。目前最常用的是混合式步进电机，因为它综合了永磁式和反应式的优点。我们先通过永磁式步进电机来了解一些其结构和控制原理，然后进一步了解反应式和混合式步进电机的结构和控制原理。

文章图片
为了增大磁感应强度，减少涡轮损失，步进电机的转子和定子框架都是由高磁导率的硅钢片叠成。在定子框架上有4个定子齿，将其绕上两组线圈并通电后，根据电磁感应原理，此时线圈就变成了电磁铁。

文章图片
根据右手定则，一端会变成N极一端会变成S极，这种极性的变化可以通过改变电源的正负极来实现转换。如果将电源的正负极转换加上一定的规律性，定子部分就行形成一个旋转的磁场，这样转子就会随着旋转的磁场而转动。而转子的转动有一个很重要的参数，那就是：步距角。步距角就是一个脉冲信号转子转过的角度，其计算公式为：360度除以括号转子齿数乘以运行拍数（永磁体齿数可以认为为1）。此步进电机的步距角为90度。

文章图片

文章图片
步进电机并不能直接接电源工作，因为步进电机的是通过脉冲信号来控制器工作的，因此步进电机的工作需要驱动器来控制。通过PLC编程控制脉冲的数量和频率以及电机各相绕组的功率顺序，控制步进电机的旋转。步进电机的驱动方式有3种，即满步、半步以及微步驱动。而根据通电相数，满步驱动又分为单相满步驱动和双相满步驱动两种，这个看图片我们就很容易能看懂。

文章图片
半步驱动就是一次只驱动半个步距，它是通过单双电交替通电实现的。当单相通电时，一个线圈产生磁场，转子指向通电的线圈，而当双相通电时，两个线圈都产生磁场，合成的磁场使转子处于中间位置。大家可以看图片理解一下。

文章图片
微步驱动其实也不难理解。随着电流的大小变化，线圈磁场的强度也会随之变化，转子的平衡位置也会发生变化，这就是微步驱动的原理。 A线圈开始有最大电流， B线圈电流为0 ，转子指向A线圈。如果A线圈电流慢慢减小， B线圈电流慢慢增大，转子就会慢慢的转向B线圈。宏观来看， A、B线圈的电流变化都接近于三角函数曲线。电流每一步变化的大小，则决定了微步运动的大小。虽然步数越多，运动越平滑，但是扭矩也会相应的减小。

文章图片