芝识课堂【步进电机】——步进电机是如何工作的？

来源:东芝半导体发布时间:2022-10-14528浏览

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作为我们生活中最常见的控制系统之一，芝识课堂已经讲解了步进电机的应用、特点及分类，朋友们一定好奇步进电机是怎么进行工作的吧？那今天我们就跟随步进电机的节奏一步步来学习了解步进电机的工作原理吧！

步进电机作为能逐步驱动至指定旋转角度的电机，其最基本的工作就是步进的操作，即步进电机通过转子在一定角度重复运动的方式进行旋转。该角度称为步距角，是步进电机的驱动单元。步进电机根据相同的步距角进行旋转，就像人们一步步上下楼梯一样。图1展示了步进电机最基本的工作原理示意图。

图1

步距角是步进电机运动的基础。步距角取决于电机上的磁极总数。步距角的计算公式如下所示：
步距角＝360度/N，其中N＝（NPH×PH）

NPH：每相的磁极数。
PH：相数。
N：各项的磁极总数。

电机类型通常称为“PH相／N极电机”。如图2所示，左侧为2相／4极，右侧为3相／6极。若为2相4极电机，则步距角将为90度。

图2

工作时，通过连续执行所有步进操作使步进电机旋转。若想了解步进具体操作，关键是要了解电流在电机定子绕组内的流动方向与定子磁极方向之间的关系。在此，我们以双极型电机为例，来详细解释一下电流在定子绕组内的流动方向与磁极方向之间的关系。如图3所示，通过改变定子绕组中的电流方向就可以改变定子磁极的方向。

图3

接下来让我们来了解一下电机电流和转子旋转的关联性，图4所示的是当反复切换定子绕组内的电流方向时，采用2相4极电机的定子磁极和转子运动的情况。转子通过切换定子绕组内的电流方向、转子磁极，以及各相定子的磁极排斥和吸引来进行步进操作。因此，当连续执行上述操作时，步进电机旋转。

图4

励磁模式是描述定子磁极时最常用的术语，在操作步进电机时不同励磁模式显得非常重要，励磁模式主要分为全步、半步和微步三种。
以2相4极电机为例，步距角为90度。电机以全步距角（此示例中为90度）进行移动／旋转的操作模式称为全步模式。若只能将电机转动全步距角的一半角度（此示例中为45度）。该操作模式称为半步模式。而能应用于更为精细的步进角度尺寸，通常称为微步模式。在微步模式下，电机可以按照全步距角的分数形式转动，这些分数可以精确到全步距角的1/4、1/8、1/16，甚至1/32。
励磁方式和单次步进操作下的步距角之间的关系如图5所示。