步進電機的類型

永磁步進電機

永磁 (PM) 步進電機是一種具有凸極的步進電機，其定子繞組集中在極上，永磁體由高保持力鋼制成。該步進電機在轉(zhuǎn)子上有兩個磁極，在定子上有四個磁極。

在永磁步進電機的運行中，磁極根據(jù)繞組的勵磁與定子磁極對齊。該電機可在低速水平下產(chǎn)生高扭矩。在兩相永磁步進電機中，定子繞組 A 和 B 可以通過四種不同的方式進行電勵磁。 

可變磁阻步進電機

可變磁阻（VR）步進電機是一種轉(zhuǎn)子由軟磁材料制成，定子由繞制線圈組成的步進電機。制定線圈通電的特定順序以使步進電機進行小步旋轉(zhuǎn)。反過來，這可以控制電機速度和位置。

以下是可變磁阻步進電機的一些關(guān)鍵特性。

磁阻：轉(zhuǎn)子中的磁阻是VR步進電機的主要技術(shù)特性之一。該磁阻是定子中的磁場和轉(zhuǎn)子中的磁場的阻力或?qū)沟牧慷?。當轉(zhuǎn)子線圈通電時，轉(zhuǎn)子中的磁阻使其旋轉(zhuǎn)，使得 VR 步進電機反應(yīng)靈敏，能夠在低速下產(chǎn)生高扭矩。

步數(shù)分辨率：步數(shù)分辨率是VR步進電機的另一個特性，它決定了每轉(zhuǎn)的步數(shù)和定子線圈的數(shù)量。VR步進電機的分辨率相對低于其他步進電機，但可以在低速運行時產(chǎn)生高扭矩。

簡單、緊湊的設(shè)計：與其他步進電機設(shè)計相比，VR步進電機設(shè)計緊湊、簡單，因為它們不需要稀土礦物，使其更具成本效益。

 混合式步進電機

這種類型的步進電機集合了 VR 和 PM 步進電機的特性。這種組合使其控制和定位更加。

以下是混合式步進電機的一些關(guān)鍵特性；

步進分辨率： 混合電機的分辨率低于永磁步進電機的分辨率，但高于 VR 步進電機的分辨率，因此適合高精度和精密應(yīng)用。

扭矩輸出：扭矩是旋轉(zhuǎn)力的量度?；旌鲜讲竭M電機可以在低速下產(chǎn)生高扭矩，使其適合重型和精密操作。

選擇合適的步進電機

需要考慮的因素

選擇合適的電機意味著要考慮一些重要因素，以確保電機滿足您的特定要求。

步數(shù)精度： 這是每轉(zhuǎn)步數(shù)和電機運動精度的度量。高步進精度對于機器人等高精度應(yīng)用至關(guān)重要。

扭矩： 這是電機旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的力。重載運行時會施加更高水平的扭矩。這些扭矩水平 也適合快速加速和減速。

速度： 這是步進電機可以旋轉(zhuǎn)的速率?？梢愿鶕?jù)您的應(yīng)用或要求選擇速度。低速電機精度更高。

尺寸和重量：這兩個是在有限空間應(yīng)用或需要便攜式電機的情況下需要考慮的關(guān)鍵因素。 

計算

步進電機計算對于確定電機針對特定應(yīng)用的性能和適用性至關(guān)重要。這些計算可以幫助工程師在電機和控制系統(tǒng)中做出正確的選擇，以獲得性能。

步距角計算： 步距角是轉(zhuǎn)子每一步的角位移，以度表示。要計算步距角，請確定每轉(zhuǎn)的步數(shù)和定子極數(shù)。

扭矩計算： 步進電機中旋轉(zhuǎn)力的測量可以通過將摩擦扭矩 (Tf) 與慣性扭矩 (Ti) 相加來確定。

因此總扭矩可以表示為：

T=Tf+TiT=Tf+Ti

為了確定摩擦力Tf，使用以下表達式；$Tf=F\text{乘}以r$

其中 F 是移動負載所需的力，r 是旋轉(zhuǎn)半徑。

計算慣性扭矩Ti可以用下式表示

$Ti=I\left(\frac{\omega }{t}\right)\pi \theta K$

其中I為電機的慣性負載

t 是以秒為單位的時間

是每秒的步數(shù)

是步距角

K 是一個常數(shù)

步進電機中的扭矩也可以使用電流I、轉(zhuǎn)子半徑r 和扭矩常數(shù) Kt 來計算。扭矩由以下等式表示

$$T=\frac{Kt?I}{2\pi r}$$

保持扭矩計算：這是施加到轉(zhuǎn)子而不引起其旋轉(zhuǎn)的扭矩。可以表示為：

$$Th=\frac{Vm?N}{2\pi r}$$

其中 Vm 是磁通密度

N 是定子匝數(shù)

諧振頻率：這是 系統(tǒng)以其固有頻率運行時的振蕩頻率。可以表示為：

$$f=\frac{1}{2}\pi ?\sqrt{\frac{Kt}{J}}$$

其中 f 是諧振頻率

Kt 是扭矩常數(shù)

J是轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量

磁阻：定子和轉(zhuǎn)子磁場相反的測量可以使用以下公式計算：

$$Rm=\frac{\mu L}{A}$$

其中 Rm 是磁阻

L是轉(zhuǎn)子的長度

A是轉(zhuǎn)子的橫截面積

步進電機要點

以下是本文中需要注意的要點的摘要。

步進電機是一種以較小的增量旋轉(zhuǎn)的電動機，以實現(xiàn)的定位和控制。

步進電機有永磁電機、可變磁阻電機和混合電機。

步進精度、速度、扭矩、尺寸和重量是選擇合適的步進電機時需要考慮的因素。

步進電機涉及的計算包括：步距角、扭矩、磁阻和共振頻率計算。

計算公式

扭矩為

$$T=\frac{Kt?I}{2\pi r}$$

保持扭矩為

$$Th=\frac{Vm?N}{2\pi r}$$

磁阻為

$$Rm=\frac{\mu L}{A}$$

共振頻率為

$$f=\frac{1}{2}\pi ?\sqrt{\frac{Kt}{J}}$$