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一、电机定义和分类
电动机又叫马达，是把电能转换成机械能的一种设备，其工作原理是磁场对电流受力的作用，使电动机转动。
其中：步进电机是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。每输入一个脉冲信号，转子就转动一个角度或前进一步，其输出的角位移或线位移与输入的脉冲数成正比，转速与脉冲频率成正比。因此，步进电动机又称脉冲电动机。
步进电机是属于直流电机一种，无刷直流电机，因为步进电机是由直流脉冲驱动的。它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作。
步进电机是以离散步长移动的直流电机。步进电机有多个线圈，这些线圈被组织成称为“阶段”的组。通过依次给每一相通电，电机将旋转，一次一个步骤。
步进电机是一种步进式旋转的直流电机。电信号输入电机后，电机开始逐步旋转。电机的速度取决于施加的输入信号的速率。然后施加到电机的输入决定了电机的旋转方向，而且转子是旋转的永磁体
1）直流电动机按结构及工作原理可划分：无刷直流电动机和有刷直流电动机。
有刷直流电动机可划分：永磁直流电动机和电磁直流电动机。
电磁直流电动机划分：串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。
永磁直流电动机划分：稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。
2.按结构和工作原理可划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。
1）同步电机可划分：永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同步电动机。
感应电动机可划分：三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机等。
交流换向器电动机可划分：单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。
3.按起动与运行方式可划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。
4.按用途可划分：驱动用电动机和控制用电动机。
1）驱动用电动机可划分：电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其他通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。
5.按转子的结构可划分：笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。
6.按运转速度可划分：高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。
调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无级变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。
异步电动机的转子转速总是略低于旋转磁场的同步转速。
同步电动机的转子转速与负载大小无关而始终保持为同步转速。
二、步进电机
步进电机工作时的位置和速度信号不反馈给控制系统 ，伺服电机会反馈
最简单的步进电机驱动方法是单相双极驱动方式，也称为双相步进驱动方式。该方式只需要使用一个 H桥驱动器和一个脉冲发生器，即可实现步进电机的驱动控制。
1、步进电机具体的驱动过程：
将步进电机的两个相连接到 H桥驱动器的两个输出端口。
将脉冲发生器连接到 H桥驱动器的输入端口，通过控制脉冲的频率和占空比，可以控制步进电机的转速和方向。
通过控制脉冲的数量和频率，可以控制步进电机旋转的步数和转角。
需要注意的是，单相双极驱动方式只能实现单个步进电机的基本驱动控制，对于需要高精度、高速度和高扭矩的应用场景，需要采用更复杂的驱动方式和控制算法。
2、步进电机控制方法
步进电机的控制方法主要有以下几种：
单步控制：单步控制是最基本的控制方式，即每次只控制电机旋转一个步距角度，通过单步控制可以实现较为简单的运动控制，但精度较低。
半步控制：半步控制是在单步控制的基础上，每次控制电机旋转半个步距角度，通过半步控制可以实现更高的控制精度。
微步控制：微步控制是将电机每一步距分成更小的微步距，通过对电机控制信号的精细调节，实现更高的控制精度。微步控制需要使用特殊的微步驱动器，通常可以实现较高的分辨率和精度。
闭环控制：闭环控制是通过反馈系统来实现精确的位置和速度控制，通常需要配合伺服驱动器和编码器等设备使用。闭环控制可以实现更高的控制精度和稳定性，但成本较高。
需要注意的是，不同的控制方法适用于不同的应用场景和精度要求，具体的选择需要根据具体应用需求进行选择。同时，控制电路的设计和实现也需要根据不同的控制方法进行相应的调整和优化。
3、步进电机的优点
步进电机有以下优点：
高精度：步进电机的旋转角度可以精确控制，通常可以达到 1.8 度的精度，因此在需要高精度定位的场合使用较多。
稳定性好：步进电机由于采用磁力作为驱动力，没有机械接触，因此运行稳定，噪音低。
简单控制：步进电机的驱动方式简单，只需要发出相应的脉冲信号就能控制步进电机转动，且不需要进行速度和位置的反馈控制。
低速高扭矩：步进电机的转矩与转速成反比，因此在低速运行时能够提供较高的扭矩，可以适应负载较大的应用场合。
可靠性高：步进电机结构简单，寿命长，因此运行可靠性高。
价格低廉：相对于伺服电机等其他控制方式，步进电机价格较为低廉，因此在一些应用场合使用较多。
综上所述，步进电机在一些需要精确定位、低速高扭矩、稳定可靠等场合具有一定的优势。
三、伺服电机
步进电机工作时的位置和速度信号不反馈给控制系统，如果电机工作时的位置和速度信号反馈给控制系统，那么它就属于伺服电机。相对于伺服电机，步进电机的控制相对简单，但不适用于精度要求较高的场合。
1、伺服电机的控制原理-控制机械部件运行
引言：伺服电机是伺服系统的结构单元，与伺服驱动器配套使用。伺服电机包括驱动负载的电机和位置检测部件，如编码器。伺服系统根据设定的目标值（指令值）改变控制量，如位置、速度或扭矩，以精确控制机器运行。文章将主要介绍伺服电机的控制原理。
在自动控制系统中，伺服电机作为执行元件可以快速响应，将接收到的电信号转换为电机轴的角位移或角速度输出。
伺服电机是伺服系统中控制机械部件运行的电气设备，可以高效、高精度地旋转机器的部件。伺服电机可广泛应用于各种控制系统中，它可以将输入的电压信号转换为电机轴上的机械输出，拖动被控元件，从而达到控制的目的。
2、直流伺服电机的控制原理
直流伺服电机是由直流电机、位置传感装置、齿轮组件和控制电路四大部件组成的组件。下图显示了伺服电机的组成部分，其中采用小型直流电机以精确的速度和位置驱动负载。
伺服电机的控制原理
直流参考电压设置为与所需输出相对应的值。该电压可以通过使用另一个电位器、控制脉冲宽度到电压转换器或通过定时器来施加，具体取决于控制电路。电位计上的刻度盘会产生相应的电压，然后将其作为误差放大器的输入之一。
在一些电路中，控制脉冲用于产生与电机的所需位置或速度相对应的直流参考电压，并将其应用于脉冲宽度到电压转换器。在该转换器中，当脉冲为高电平时，电容器开始以恒定速率充电。然后，当脉冲为低电平时，电容器上的电荷被馈送到缓冲放大器，并且该电荷被进一步施加到误差放大器。因此脉冲的长度决定了施加在误差放大器上的电压作为产生所需速度或位置的所需电压。在数字控制中，微处理器或微控制器用于产生占空比方面的 PWM 脉冲，以产生更准确的控制信号。
负载当前位置对应的反馈信号是通过位置传感器获得的。这种传感器通常是一个电位器，通过齿轮机构产生与电机轴绝对角度相对应的电压。然后在误差放大器（比较器）的输入端施加反馈电压值。误差放大器是一个负反馈放大器，它减少了输入之间的差异。它将与电机当前位置相关的电压（由电位器获得）与与电机所需位置相关的所需电压（由脉宽电压转换器获得）进行比较，并产生正电压或负电压的误差。
该误差电压施加到电机的电枢上。如果误差越大，则施加到电机电枢的输出就越多。只要存在误差，放大器就会放大误差电压并相应地为电枢供电。电机旋转直到误差变为零。如果误差为负，则电枢电压反向，因此电枢沿相反方向旋转。
3、交流伺服电机的控制原理
交流两相异步电动机伺服系统其电机轴必须保持在某个位置的参考输入作为机械输入提供给同步发电机的转子。该转子以固定频率以额定电压连接到电输入端。
同步发电机的三个定子端子与控制变压器的端子对应连接。两相电机的角位置通过齿轮系传递到控制变压器的转子上，代表控制条件α。起初，同步发电机轴位置和控制变压器轴位置之间存在差异。该误差反映为控制变压器两端的电压。该误差电压施加到伺服放大器，然后施加到电机的控制阶段。在控制电压的作用下，电机转子按要求的方向旋转，直到误差变为零。这就是在交流伺服电机中确保所需轴位置的方式。
伺服电机的控制原理
或者，现代交流伺服驱动器是嵌入式控制器，如 PLC、微处理器和微控制器，以实现可变频率和可变电压以驱动电机。大多数情况下，使用脉冲宽度调制和比例积分微分 (PID) 技术来控制所需的频率和电压。
四、有刷电机结构
有刷电机工作原理
直流电源电流顺着电源正极流到了左边的电刷上面，电刷和换向器相互摩擦，电流经过左边的换向器（也叫换向片，这个电机有左右两个换向片）流进线圈，从线圈的右边流出来，经过右边的换向片和右边的电刷流回到电源的负极，形成了闭合回路。
由于线圈处在主磁极（图中的N和S）的磁场中，线圈会受到电磁力的作用，线圈的两个边由于电流的方向不同（左边的电流向里流，右边的向外流），所以两个线圈边受到大小相同方向相反的电磁力，这两个电磁力刚好形成了电磁转矩，在电磁转矩的拉动下，线圈开始转动了。直流电机中线圈嵌放在转子槽中，电动机就开始转动了。
左右换向片跟着转轴转动，而电刷固定不动，转动一圈以后，右边的线圈到了左边，左边的线圈到了右边，但是由于换向片的存在，现在处在左边的线圈内的电流方向和原来处在左边的线圈变的电流的方向一样流向里，所以受到的电磁力方向不变，右边也一样。所以从空间上看，在相同位置的线圈边受的电磁力方向是一直不变的，这就保证了电机的循环转动。
但是一个线圈，由于这个线圈转到不同位置时磁场是不相同的，导致了线圈所受的电磁力也一直在变，所以线圈转起来不稳定，忽快忽慢。所以可以通过多安装几个线圈来保证线圈受力均匀和稳定。
五、一文看懂有刷直流电机与无刷直流电机工作原理！
下面这张图是电机的分类，在看完这张图后，大家基本也就知道咱们今天说的电机具体属于哪一类了。
一、有刷直流电机工作原理
下面这个是LearnEngineering制作的动画，讲解的是直流电机的工作原理，就是把电枢线圈中感应产生的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。
直流有刷电机是大家最早接触的一类电机，中学时物理课堂上介绍电动机也是以它为模型来展示的。直流有刷电机的主要结构就是定子+转子+电刷，通过旋转磁场获得转动力矩，从而输出动能。电刷与换向器不断接触摩擦，在转动中起到导电和换相作用。
具体我们从动图就能很好理解，在磁场中放置线圈，通过流动的电流，线圈会被一侧的磁极排斥，同时被另一侧磁极所吸引，在这种作用下不断旋转。在旋转过程中令通向线圈中的电流反向流动，使其持续旋转。电机中有个叫"换向器"的部分是靠"电刷"供电的，"电刷"的位置在"转向器"上方，随着旋转不断移动。通过改变电刷的位置，可使电流方向发生变化。换向器和电刷是DC电机的旋转所不可或缺的结构。
直流有刷电机是所有电机的基础，它具有启动快、制动及时、可在大范围内平滑地调速、控制电路相对简单等特点。
二、无刷直流电机工作原理
简单的说一下无刷电机（BLDC电机）。
LearnEngineering制作的动画，讲解了无刷直流电动机的工作原理。无刷直流电机主要由用永磁材料制造的转子、带有线圈绕组的定子和位置传感器(可有可无)组成！
无刷直流电机由电动机主体和驱动器组成，是一种典型的机电一体化产品。由于无刷直流电动机是以自控式运行的，所以不会像变频调速下重载启动的同步电机那样在转子上另加启动绕组，也不会在负载突变时产生振荡和失步。
无刷就是有刷电机中的“电刷”没有了，电刷在有刷电机里扮演的角色是通过换向器向转子里的线圈通电。那么没有电刷的电机是如何向转子里的线圈通电的呢？
原来无刷电机采用永磁体来做转子，转子里是没有线圈的。由于转子里没有线圈，所以不需要用于通电的换向器和电刷。取而代之的是作为定子的线圈。
无刷电机的起源从头来讲也是比较简单的：大部分有刷直流电机的问题都来自于电刷。电刷可能打火花、磨损、产生很强的噪音并产生很大一部分功耗，导致速度被严重限制，且不容易冷却。
这意味着您不能在任何易燃物周围、需要长使用寿命、静音或高效率的应用条件下、在任何高速或高功耗系统中使用有刷直流电机。这都是电刷显著的缺点，取消电刷就可以解决这些问题，但是不好的地方是同时消除了机械换向。
有刷直流电机结构
缺乏机械换向会造成其它问题，因为电机需要换向。无刷电机使用电气换向，这种换向方式下，您需要确保电机中的电流始终产生一个可以移动转子的磁场。但是看看下图，需要先知道转子在哪里，才能考虑如何施加电流来移动转子。
无刷直流电机结构
线圈不动，磁极旋转。无刷直流电机，通过霍尔元件，感知永磁体磁极的位置，根据这种感知，使用电子线路，适时切换线圈中电流的方向，保证产生正确方向的磁力，来驱动电机。
