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鍵特性。

磁阻：轉(zhuǎn)子中的磁阻是VR步進電機的主要技術特性之一。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、緊湊的設計：與其他步進電機設計相比，VR步進電機設計緊湊、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用至關重要。

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用或需要便攜式電機的情況下需要考慮的關鍵因素。 

計算

步進電機計算對于確定電機針對特定應用的性能和適用性至關重要。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

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