簡述步進(jìn)電機(jī)的工作原理

步進(jìn)電機(jī)，很多人DIY激光雕刻機(jī)，3D打印機(jī)的時(shí)候都會用到。那么他與普通的直流電機(jī)有什么不同呢?

步進(jìn)電機(jī)在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。

當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的;同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

這個(gè)特性說明了步進(jìn)電機(jī)一個(gè)非常重要的特性。在開環(huán)條件下，步進(jìn)電機(jī)正常工作時(shí)具有非常精確的定位能力，其轉(zhuǎn)動的快慢，轉(zhuǎn)動的角度都可以由收到的脈沖數(shù)調(diào)節(jié)(也就是程序調(diào)節(jié))，這也是為什么3D打印機(jī)和激光雕刻機(jī)都需要步進(jìn)電機(jī)的原因。但要注意，如果負(fù)載過大，或者供電不足，則有可能出現(xiàn)角度不足的情況，我們稱之為”失步“，即沒有達(dá)到預(yù)定控制的角度。所以使用時(shí)一定要選擇功率足夠的電機(jī)以及電源。

我們一般用的步進(jìn)電機(jī)是這樣的：

他的結(jié)構(gòu)圖一般是這樣的：

那么這個(gè)AC，BD代表什么呢?步進(jìn)電機(jī)又為什么具有以上的那些特點(diǎn)呢?這就要從步進(jìn)電機(jī)的特殊結(jié)構(gòu)說起。先上一個(gè)步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)示意圖：

先從這個(gè)簡單的圖分析原理，圖中有兩組繞組A A-，B B-，可以看出他們分別形成的磁場是相反的，位置也是相對的。這2組繞組對應(yīng)真實(shí)圖中的AC和BD。

定子為鐵芯，A A-，B B-繞在鐵芯上，通電之后產(chǎn)生磁場變成電磁鐵，轉(zhuǎn)子為永磁體，磁場將對轉(zhuǎn)自產(chǎn)生吸引或者排斥。

左上圖A A-吸引轉(zhuǎn)子，使得轉(zhuǎn)子豎直(此時(shí)只有A A-通電)當(dāng)B B-也通電后，B B-也產(chǎn)生磁場，此時(shí)轉(zhuǎn)自將像A B中間區(qū)域偏轉(zhuǎn)，具體偏轉(zhuǎn)角度跟A B上電流大小比例有關(guān)。

左下圖此時(shí)A A-斷電，B B-繼續(xù)通電，則轉(zhuǎn)子被吸引到水平位置。

右下圖此時(shí)A A-反向通電，B B-繼續(xù)通電，則轉(zhuǎn)自順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，重復(fù)以上過程，則轉(zhuǎn)子可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并控制通電的時(shí)機(jī)以及順序，便可以達(dá)到控制步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度。

通過以上過程可以看出，驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)是比較麻煩的：

1、需要按照順序控制各組線圈的通斷。

2、電流方向也需要轉(zhuǎn)變。

除了兩相的，同樣原理也有三相四相五相的步進(jìn)電機(jī)。

下圖可以看出四相的電機(jī)最基本的是8線的，但是最常用的確是6線的，其中每2相共有一個(gè)端口。

當(dāng)然，在Arduino中這些都被模塊生產(chǎn)商和他們提供的庫給解決了。大部分人不用再關(guān)心他底層的驅(qū)動方式。但是了解這些有利于在出問題的時(shí)候快速定位問題，畢竟庫不是萬能的。