步进电机

步进电机，是一种无刷直流电动机，其将一个完整的旋转成多个相等的步骤。然后可以命令电动机的位置在不带任何位置传感器进行反馈的情况下（开环控制器）移动并保持在这些步骤之一，只要电动机在扭矩和速度方面经过仔细选择即可。

开关磁阻电机是极数减少的超大型步进电机，通常采用闭环换向。

将直流电压施加到有刷直流电动机的端子上时，它们会连续旋转。步进电动机的特性是将一系列输入脉冲（通常为方波脉冲）转换为轴位置的精确定义的增量。每个脉冲将轴移动固定角度。

步进电动机实际上具有围绕中央齿轮状铁片排列的多个“带齿”电磁体。电磁体由外部驱动器电路或微控制器供电。为了使电动机轴转动，首先，给一个电磁体供电，该电磁体磁性地吸引齿轮的齿。当齿轮的齿与xxx个电磁体对齐时，它们与下一个电磁体稍有偏移。这意味着当下一个电磁体打开而xxx个电磁体关闭时，齿轮会轻微旋转以与下一个电磁体对齐。从那里开始重复该过程。这些旋转中的每个旋转都称为“步骤”，具有整数旋转的步骤。这样，电动机可以旋转一个精确的角度。

电磁体的圆形排列分为几组，每组称为一个相，每组中有相等数量的电磁体。组数由步进电机的设计者选择。每组的电磁体与其他组的电磁体交错以形成均匀的布置图案。例如，如果步进电机有两个组标识为A或B，并且总共有十个电磁体，则分组方式将为ABABABABAB。

同一组中的电磁体都一起通电。因此，具有更多相位的步进电动机通常具有更多的导线（或引线）来控制电动机。

步进电机主要有三种类型：

1. 永磁步进
2. 可变磁阻步进器
3. 混合同步步进

永磁电动机在转子中使用永磁体（PM），并通过转子PM和定子电磁体之间的吸引或排斥来运行。

脉冲以离散步长（顺时针或逆时针）移动转子。如果在最后一步保持动力，则该轴位置仍将保留一个坚固的棘爪。该制动器具有可预测的弹簧刚度和规定的扭矩极限；如果超出限制，则会发生滑移。如果断开电流，则仍然保留一个较小的棘爪，因此保持轴位置不受弹簧或其他扭矩影响。然后可以在与控制电子设备可靠地同步的同时恢复步进。

可变磁阻（VR）电机具有一个普通的铁转子，并基于以下原理运行：最小磁阻以最小间隙出现，因此转子点被吸引到定子磁极上。混合同步是永磁体和可变磁阻类型的组合，可在较小的尺寸下最大化功率。

VR电机没有关闭制动器。

两相步进电机中的电磁线圈有两种基本的绕组布置：双极和单极。

具有许多相的多相步进电动机往往具有较低的振动水平。尽管它们更昂贵，但它们确实具有更高的功率密度，并且具有适当的驱动电子设备通常更适合于应用。

步进电机的性能在很大程度上取决于驱动电路。如果定子磁极可以更快地反转，则转矩曲线可以扩展到更高的速度，限制因素是绕组电感的组合。为了克服电感并快速切换绕组，必须增加驱动电压。这进一步导致必须限制这些高压可能会感应的电流。

电机的反电动势是通常可以与电感效应相比较的另一个限制。随着电动机转子的旋转，会产生与速度（步进率）成正比的正弦电压。从可用来引起电流变化的电压波形中减去此交流电压。

步进电机是多相交流同步电机，理想情况下，它由正弦电流驱动。全步幅波形是正弦波的大致近似值，并且是电动机表现出如此大的振动的原因。已经开发出各种驱动技术来更好地近似正弦驱动波形：这些是半步进和微步进。

步进电机可以看作是同步交流电机，其极数（在转子和定子上）都增加了，请注意它们之间没有公分母。此外，在转子和定子上带有许多齿的软磁性材料便宜地增加了极数（磁阻电机）。现代步进机采用混合设计，既具有永磁体又具有软铁芯。

为了达到xxx额定转矩，步进电机中的线圈必须在每个步骤中达到其xxx额定电流。运动的转子产生的绕组电感和反电动势往往会抵抗驱动电流的变化，因此随着电动机的加速，在全电流下花费的时间越来越少，从而降低了电动机的转矩。随着速度的进一步提高，电流将不会达到额定值，最终电动机将停止产生扭矩。

这是步进电机在无加速状态下运行时产生的转矩的度量。在低速下，步进电动机可以使其自身与所施加的步进频率同步，并且该引入转矩必须克服摩擦和惯性。重要的是要确保电动机上的负载是摩擦的而不是惯性的，因为摩擦会减少不必要的振荡。
插入曲线定义了一个称为开始/停止区域的区域。进入该区域，可以在施加负载的情况下立即启动/停止电动机，而不会失去同步性。

通过将电动机加速到所需速度，然后增加转矩负载，直到电动机失速或失步，来测量步进电动机的拉出转矩。可以在很宽的速度范围内进行此测量，并将结果用于生成步进电机的动态性能曲线。如下所述，该曲线受驱动电压，驱动电流和电流切换技术的影响。设计人员可以在额定扭矩和应用所需的估计满载扭矩之间包含一个安全系数。

当不通过电驱动时，使用永磁体的同步电动机具有共振位置保持转矩（称为制动转矩或齿槽效应，有时包括在规格中）。软铁磁阻磁芯没有表现出这种行为。