步進電機是一種簡單的兩相無刷同步電機,它包含一個分段磁化轉(zhuǎn)子和規(guī)定數(shù)量的帶有電磁線圈的定子。當(dāng)通電時,這些線圈產(chǎn)生南北輪詢,推動或拉動分段磁化轉(zhuǎn)子使其旋轉(zhuǎn)。圖示顯示了典型混合式步進電機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和齒對中。圍繞整個直徑均勻分布的細(xì)齒提供引起機械運動的增量角旋轉(zhuǎn)。
步進電機由兩個繞組(2相)組成,由直流電流供電。當(dāng)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,可以輕松準(zhǔn)確地控制電機的位置和速度,這使得步進電機非常適合許多不同的運動控制應(yīng)用。步長由電機的設(shè)計特性決定。1.8步距角是最常見的(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。
通過保持轉(zhuǎn)矩和相應(yīng)的額定電流來選擇步進電機。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(以其額定電流供電)的最大外部轉(zhuǎn)矩。當(dāng)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。雙極布置需要更復(fù)雜的驅(qū)動器來正確布置繞組以控制電機,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)動器可以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步進電機在完整的360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,電機軸將前進1.8,稱為整步。
術(shù)語半步是指0.9步距角(全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)將正電流、無電流和負(fù)電流交替施加到每個繞組上。
術(shù)語微步指的是一種更復(fù)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)送到每個繞組的電流量。微步進的主要好處之一是降低電機以其固有頻率運行時發(fā)生的共振幅度。
微步進允許軸定位在整步和半步方法提供的1.8或0.9位置之外。微步位置出現(xiàn)在轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的兩個角之間。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。微步進的主要好處之一是降低電機以其固有頻率運行時發(fā)生的共振幅度。