步进电动机工作原理及特点 详解变频调速的基本原理

步进电动机工作原理及特点

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步进电机（stepper motor）是一种是将电脉电流信号转变为角位移或线位移的控制元件。简单的说，你给步进电机一个脉冲电流信号，它就会转动一个角度，所以具有定位精度高的特点。

普通的直流或交流电机只要施加合适的电压就能够使其转动，断电即可使其停止转动，控制起来虽然很方便，但有些时候，我们需要很精确地控制转动的角度，以便实现一些高精度的定位操作。例如DVD播放器或硬盘控制读盘时，打印机控制打字位置时，监控器控制转向时，数控机床进行定位时，机器人控制动作时等等，普通的电机很难满足这种需求，而步机电机就可以。从名称也可以看出，步进电机就是“按步前进”的电机，一次只会旋转一个固定的角度，每旋转一次可称为1拍，而每拍旋转的角度可称为步距角。

为了进一步理解步进电机的硬件驱动电路设计，我们先来了解一下它的基本结构。最简单的步进电机如下图所示

可以看到，步进电机与所有电机一样分为定子（stator）与转子（rotor），在定子周围均匀分布的齿槽上缠绕的那些线圈（coil），我们可以称为绕组或相，这些绕组按对进行排列，其中绕组A与A’形成一对，绕组B与B’形成一对。而转子则是一块能够绕中心任意旋转的永磁铁，它有N与S两极。由于定子上存在两个绕组，而转子上存在两个磁极，所以我们也可以称其为双相双极电机。绕组注入一定电流时就会产生一定的磁场，它也有N与S两极，从不同绕组注入电流就可以改变磁场的极性，从而能够对永磁铁转子产生不同方向的吸力，这是转子旋转的基本原理。

下面我们具体来看看转子是怎么旋转的。假设电流从绕组A注入再从绕组A’流出，则两个绕组都会产生一定的磁场。根据右手定则，线圈A与线圈A’产生的磁场方向均为上N下S，再根据“同名相斥、异名相吸”的基本原理，永磁铁的N极会被绕组A产生的磁场S极吸过来，与此同时，永磁铁的S极会被绕组A’产生的磁场N极吸过来，它们的吸力是同时产生的，也就引起转子顺时针旋转90o，如下图所示（以转子中红色N极为参考基准）

至此，我们对电机绕组完成一个周期的电激励，电机转子也旋转了一整圈。用来激励的脉冲越多，电机转动的角度就越大，脉冲的频率越高，电机的转速也就越快，但不能超过最高频率，否则电机的力矩迅速减小，电机将不会旋转。

我们可以使用时序图来表示前述整个驱动过程，如下图所示。