步進電機控制

電動機將電能轉化為機械能，對於步進電機，它們將電脈衝的能量轉化為轉子的旋轉運動。每個脈衝動作產生的運動以高精度啟動和重複，使滾珠電機成為需要精確定位的設備的高效驅動器。

永磁步進電機包括：永磁轉子、定子繞組和磁芯。如圖所示，能量線圈產生磁北極和南極。定子的移動磁場迫使轉子始終與其對齊。這個旋轉磁場可以通過控制定子線圈的串聯勵磁來轉動轉子來調節。

圖中顯示了兩相電機的典型勵磁方法圖。在 A 相中，兩個定子線圈通電，這導致轉子吸引並鎖定，因為相反的磁極相互吸引。當A相繞組關斷，B相繞組導通時，轉子順時針旋轉（英文CW——順時針，CCW——逆時針）90°。

然後 B 相關閉，A 相打開，但兩極現在與開始時相反。這將導致下一個 90° 轉彎。然後 A 相關閉，B 相以相反的極性打開。重複這些步驟將使轉子以 90° 的增量順時針旋轉。

圖中所示的逐步控制稱為單相控制。一種比較容易接受的步進控制方式是雙相有源控制，電機的兩相始終處於開啟狀態，但其中一相的極性會發生變化，如圖所示。

這種控制使步進電機的轉子移動，使其與磁路突起之間形成的北極和南極中心的每一步對齊。由於兩相始終開啟，這種控制方法提供的轉矩比單相控制多 41.4%，但需要兩倍的電能。

半步

步進電機也可以是“半步進”，然後在相變期間添加跳閘階段。這將俯仰角減半。例如，步進電機可以在每個“半步”上旋轉 45°，而不是 90°，如圖所示。

但是，與具有兩個活動相位的步進控制相比，半步模式引入了 15-30% 的轉矩損失，因為其中一個繞組在半步期間不活動，這最終導致電磁力損失，作用於轉子，即淨扭矩損失。

雙極線圈

兩相步進控制假定存在兩極定子繞組。每相都有自己的線圈，當電流反向通過線圈時，電磁極性也會發生變化。初始階段是典型的 兩相驅動器 如圖所示。控制方案如表所示。可以看出如何簡單地通過改變通過線圈的電流方向就可以改變相位中的磁極性。

單極線圈

另一種典型的線圈類型是單極線圈。這裡的線圈分為兩部分，當線圈的一部分通電時，產生北極，當另一部分通電時，產生南極。該解決方案稱為單極線圈，因為負責電流的電極性永遠不會改變。控制階段如圖所示。

這種設計允許使用更簡單的電子塊。然而，與雙極線圈相比，這裡幾乎損失了 30% 的扭矩，因為線圈具有雙極線圈的一半導線。

其他傾斜角度

為了獲得更小的槳距角，轉子和定子上都需要有更多的極數。 7.5°轉子有12個極對，定子磁芯有12個突起。兩個線軸耳和兩個線圈。

這為每 7.5° 的步長提供 48 個極點。在圖中，您可以看到截面中的 4 極接線片。當然可以組合這些步驟來實現大位移，例如 7.5° 的六個步驟將導致轉子旋轉 45°。

準確性

步進電機的精度為每步 6-7%（無累加）。步進為 7.5° 的步進電機始終在理論預測位置的 0.5° 以內，無論已經採取了多少步。誤差不會累積，因為機械地每 360° 都是逐步重複的。在沒有負載的情況下，定子和轉子磁極相對於彼此的物理位置始終相同。

諧振

步進電機有自己的共振頻率，因為它們是類似彈簧重量的系統。當節奏與電機固有共振頻率相同時，可聽到電機產生的噪音，振動被放大。

共振點取決於電機應用及其負載，但通常共振頻率範圍為每秒 70 至 120 步。在最壞的情況下，如果發生共振，電機將失去控制精度。

避免系統共振問題的一個簡單方法是改變節奏，使其遠離共振點。在半步或微步模式下，共振問題會減少，因為隨著速度的增加，共振點會被放棄。

力矩

步進電機的轉矩是以下因素的函數：步進速度、定子繞組電流、電機類型。特定步進電機的功率也與這三個因素有關。步進電機的扭矩是摩擦扭矩和慣性扭矩的總和。

以克/厘米為單位的摩擦扭矩是用 1 厘米長的槓桿臂移動重量為一定克數的負載所需的力。需要注意的是，隨著電機步進速度的增加，電機中的反電動勢，即電機產生的電壓增加。這限制了定子繞組中的電流並降低了轉矩。