步进电机控制

电动机将电能转化为机械能，对于步进电机，它们将电脉冲的能量转化为转子的旋转运动。每个脉冲动作产生的运动以高精度启动和重复，使滚珠电机成为需要精确定位的设备的高效驱动器。

永磁步进电机包括：永磁转子、定子绕组和磁芯。如图所示，能量线圈产生磁北极和南极。定子的移动磁场迫使转子始终与其对齐。这个旋转磁场可以通过控制定子线圈的串联励磁来转动转子来调节。

图中显示了两相电机的典型励磁方法图。在 A 相中，两个定子线圈通电，这导致转子吸引并锁定，因为相反的磁极相互吸引。当A相绕组关断，B相绕组导通时，转子顺时针旋转（英文CW——顺时针，CCW——逆时针）90°。

然后 B 相关闭，A 相打开，但两极现在与开始时相反。这将导致下一个 90° 转弯。然后 A 相关闭，B 相以相反的极性打开。重复这些步骤将使转子以 90° 的增量顺时针旋转。

图中所示的逐步控制称为单相控制。一种比较容易接受的步进控制方式是双相有源控制，电机的两相始终处于开启状态，但其中一相的极性会发生变化，如图所示。

这种控制使步进电机的转子移动，使其与磁路突起之间形成的北极和南极中心的每一步对齐。由于两相始终开启，这种控制方法提供的转矩比单相控制多 41.4%，但需要两倍的电能。

半步

步进电机也可以是“半步进”，然后在相变期间添加跳闸阶段。这将俯仰角减半。例如，步进电机可以在每个“半步”上旋转 45°，而不是 90°，如图所示。

但是，与具有两个活动相位的步进控制相比，半步模式引入了 15-30% 的转矩损失，因为其中一个绕组在半步期间不活动，这最终导致电磁力损失，作用于转子，即净扭矩损失。

双极线圈

两相步进控制假定存在两极定子绕组。每相都有自己的线圈，当电流反向通过线圈时，电磁极性也会发生变化。初始阶段是典型的 两相驱动器 如图所示。控制方案如表所示。可以看出如何简单地通过改变通过线圈的电流方向就可以改变相位中的磁极性。

单极线圈

另一种典型的线圈类型是单极线圈。这里的线圈分为两部分，当线圈的一部分通电时，产生北极，当另一部分通电时，产生南极。该解决方案称为单极线圈，因为负责电流的电极性永远不会改变。控制阶段如图所示。

这种设计允许使用更简单的电子块。然而，与双极线圈相比，这里几乎损失了 30% 的扭矩，因为线圈具有双极线圈的一半导线。

其他倾斜角度

为了获得更小的桨距角，转子和定子上都需要有更多的极数。 7.5°转子有12个极对，定子磁芯有12个突起。两个线轴耳和两个线圈。

这为每 7.5° 的步长提供 48 个极点。在图中，您可以看到截面中的 4 极接线片。当然可以组合这些步骤来实现大位移，例如 7.5° 的六个步骤将导致转子旋转 45°。

准确性

步进电机的精度为每步 6-7%（无累加）。步进为 7.5° 的步进电机始终在理论预测位置的 0.5° 以内，无论已经采取了多少步。误差不会累积，因为机械地每 360° 都是逐步重复的。在没有负载的情况下，定子和转子磁极相对于彼此的物理位置始终相同。

谐振

步进电机有自己的共振频率，因为它们是类似弹簧重量的系统。当节奏与电机固有共振频率相同时，可听到电机产生的噪音，振动被放大。

共振点取决于电机应用及其负载，但通常共振频率范围为每秒 70 至 120 步。在最坏的情况下，如果发生共振，电机将失去控制精度。

避免系统共振问题的一个简单方法是改变节奏，使其远离共振点。在半步或微步模式下，共振问题会减少，因为随着速度的增加，共振点会被放弃。

力矩

步进电机的转矩是以下因素的函数：步进速度、定子绕组电流、电机类型。特定步进电机的功率也与这三个因素有关。步进电机的扭矩是摩擦扭矩和惯性扭矩的总和。

以克/厘米为单位的摩擦扭矩是用 1 厘米长的杠杆臂移动重量为一定克数的负载所需的力。需要注意的是，随着电机步进速度的增加，电机中的反电动势，即电机产生的电压增加。这限制了定子绕组中的电流并降低了转矩。