从家里的简单DVD播放器或打印机到高度复杂的CNC机器或机械臂，步进电机几乎随处可见。其能够以电子方式控制精确运动的能力使这些电机在监视设备，硬盘，CNC机器，3D打印机，机器人，装配机器人，激光切割机等许多猫科动物中得到了应用。在本文中，我们将学习使这些电机与众不同的原因及其背后的理论。我们将学习如何为您的应用程序使用一个。
步进电机简介
像所有电动机一样，步进电动机也具有定子和转子，但是与普通的直流电动机不同，定子由单独的线圈组组成。线圈的数量将根据步进电动机的类型而有所不同，但是现在请理解，在步进电动机中，转子由金属磁极组成，并且每个磁极都会被定子中的一组线圈吸引。下图显示了具有8个定子极和6个转子极的步进电机。
如果看一下定子上的线圈，它们是按线圈对排列的，例如A和A'形成一对B，而B'形成一对，依此类推。因此，每个线圈对都形成一个电磁体，并且可以使用驱动器电路分别为它们供电。当线圈通电时，它就起着磁铁的作用，而转子磁极则与之对齐，当转子旋转以调整自身以使其与定子对齐时，这称为一步。类似地，通过按顺序向线圈通电，我们可以以较小的步长旋转电动机以完成完整的旋转。
步进电机的类型
基于构造的步进电机主要有三种，分别是：
- 可变磁阻步进电机： 它们具有铁芯转子，该铁芯转子被吸引到定子磁极，并通过在定子和转子之间的最小磁阻来提供运动。
- 永磁步进电机： 它们具有永磁转子，并且根据施加的脉冲被排斥或吸引到定子上。
- 混合同步步进电机： 它们是可变磁阻和永磁步进电机的组合。
除此之外，我们还可以根据定子绕组的类型将步进电机分为单极和双极。
- 双极步进电机： 这种类型的电机上的定子线圈没有公共线。这种类型的步进电动机的驱动是不同且复杂的，并且如果没有微控制器，驱动电路也不能轻易设计。
- 单极步进电动机： 在这种类型的步进电动机中，我们可以将两个相绕组的中心抽头用于公共接地或公共电源，如下所示。这使得驱动电动机变得容易，单极步进电动机也有很多类型
好吧，所以与普通的直流电动机不同，它有五根各种奇特颜色的电线从其中出来，为什么会这样呢？要了解这一点，我们首先应该知道我们已经讨论过的步进器。首先， 步进电机不旋转，而是步进，因此也称为 步进电机。意思是，它们一次只能移动一步。这些电动机中具有一系列线圈，并且这些线圈必须以特定方式通电以使电动机旋转。当每个线圈通电时，电机将步进一个步骤，通电顺序将使电机连续步进，从而使其旋转。让我们看一下电动机内部存在的线圈，以确切了解这些电线的来源。
如您所见，电动机具有单极5引线线圈布置。必须按特定顺序为四个线圈通电。红线将被提供+ 5V电压，其余四根线将被拉到接地以触发相应的线圈。我们使用任何微控制器以特定顺序为这些线圈通电，并使电动机执行所需的步数。同样，您可以使用许多顺序，通常使用 4步 ，为了更精确地控制，也可以使用 8步 控制。4步控制的顺序表如下所示。
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步 |
线圈通电 |
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第1步 |
A和B |
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第2步 |
B和C |
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第三步 |
C和D |
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步骤4 |
D和A |
那么，为什么现在将此马达称为 28-BYJ48？认真！！！我不知道。命名该电机没有技术原因；也许我们不应该更深入地研究它。让我们看看下图从该电机的数据表获得的一些重要技术数据。
这是一个充满信息的头脑，但是我们需要查看一些重要的知识，以了解我们正在使用哪种类型的步进器，以便我们可以对其高效地进行编程。首先，我们知道这是5V步进电机，因为我们用5V为红线通电。然后，我们也知道这是一个四相步进电机，因为其中有四个线圈。现在，齿轮比为1:64。这意味着，只有当电机内部旋转64次时，您在外部看到的轴才会完整旋转一圈。这是因为在电机和输出轴之间连接了齿轮，这些齿轮有助于增加扭矩。
另一个需要注意的重要数据是 步幅角：5.625°/ 64。 这意味着，当电动机以8步顺序运行时，每一步将移动5.625度，并且将需要64步（5.625 * 64 = 360）来完成一个完整的旋转。
计算步进电机的每转步数
知道如何计算步进电机每转的步数很重要，因为只有这样，您才能有效地对其进行编程/驱动。
假设我们将以4步顺序运行电动机，则步幅角将为11.25°，因为8步顺序为5.625°（数据表中给出），因此它将为11.25°（5.625 * 2 = 11.25）。
每转的步数= 360 /步角 在这里，360 / 11.25 =每转32步。
为什么我们需要步进电机的驱动器模块？
大多数 步进电机 只能在驱动器模块的帮助下运行。这是因为控制器模块（微控制器/数字电路）将无法从其I / O引脚提供足够的电流来使电动机运行。因此，我们将使用外部模块（如 ULN2003 模块）作为 步进电机驱动器。驱动器模块有很多类型，一个驱动器模块的额定值将根据使用的电机类型而变化。所有驱动器模块的主要原理是提供/吸收足够的电流以使电动机运行。除此之外，还有一些驱动程序模块已对其进行了预编程的逻辑，但是在此我们将不对其进行讨论。
如果您想知道如何使用某些微控制器和驱动器IC来旋转步进电机，那么我们已经介绍了许多关于如何使用不同的微控制器进行操作的文章：
- 步进电机与Arduino Uno的接口
- 步进电机与STM32F103C8的接口
- 步进电机与PIC单片机的接口
- 步进电机与MSP430G2的接口
- 步进电机与8051单片机的接口
- Raspberry Pi的步进电机控制
现在，我相信您有足够的信息来控制项目所需的任何步进电机。让我们看一下步进电机的优缺点。
步进电机的优点
步进电机的一个主要优点是它具有出色的位置控制，因此可用于精确的控制应用。它还具有非常好的保持扭矩，这使其成为机器人应用的理想选择。步进电动机也被认为比普通的直流或伺服电动机具有更长的使用寿命。
步进电机的缺点
像所有电机一样，步进电机也有其自身的缺点，因为步进电机以小步长旋转，因此无法实现高速。而且，即使在理想状态下，它也会消耗功率来保持扭矩，从而增加了功率消耗。