揭秘电动机原理步进电机的基本结构图解与工作原理探究

导语:步进电机是一种独特的机电装置,它能够直接将电脉冲转换为机械运动。通过精确控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量,步进电机可以实现对其转向、速度和旋转角度的精确控制,无需闭环反馈控制系统即可实现高效的开环控制。

基本结构与工作原理:

步进电机的基础构造(如图1所示)

工作原理

步进驱动器利用外部提供的控件脉冲和方向信号,结合内部逻辑电路,对步进绕组进行特定的时序正向或反向通电,从而使得电子设备以确定的方式旋转,或保持静止。

以1.8度两相步进为例,当两个绕组同时通入励磁时,设备输出轴会保持静止并锁定位置。在满足额定条件下,即使没有输入指令,也能维持最大力矩。如果其中一相绕组发生了逆变,则设备会沿着一个既定方向旋转一步(1.8度)。同样,如果另一项绕组出现逆变,则它将顺着前者的相反方向旋转一步(也为1.8度)。当通过线圈绕组按顺序依次更改励磁时,设备便可以连续按照既定的路径进行精准移动。此过程中,每周需要200个步骤。

两相步进有双极性和单极性两种形式。双极性设计仅使用单个线圈,每次运行中都在同一条线圈内交替变化励磁,而单极性设计则有两个彼此相位不同的线圈。当每次运行交替激活这两个线圈中的一个时,便可实现连续旋转。在双极模式下,由于所有三相均全程励磁,因此比单极模式具有约40%更多输出力矩。

加速/减速运动控制:

双极型二级分辨率微调

单极型微调

特点:

精准位置管理:通过输入脉冲数值来决定轴体角度移动。

精确速度设定:基于频率调整,可以实现精细化速度调整。

正反转及急停功能:在整个范围内都能有效管理力矩与位置。

低速高效操作:不需要齿轮箱就能平稳运行并产生大力矩,同时节省空间成本。

长期耐用性:无刷设计保证了长期运营寿命,通常取决于轴承质量。

振动噪声问题解决方案:

A. 避免共振带

B. 微分驱动模式

小结:

由于其经济实用、高效且具备良好性能,步进电机会被广泛应用于各种自动化系统,如打印机、扫描仪等生活日常用品中。

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