怎樣選擇合適的步進(jìn)電機(jī)

電機(jī)" target="_blank">步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩類似于傳統(tǒng)電機(jī)的“功率”。當(dāng)然，也有本質(zhì)區(qū)別。步進(jìn)電機(jī)的物理結(jié)構(gòu)與交直流電機(jī)完全不同，電機(jī)的輸出功率是可變的。通常，根據(jù)需要的扭矩(即被驅(qū)動(dòng)物體的扭矩)來(lái)選擇哪種類型的電機(jī)。例如扭矩為0.6NM以下，選擇28、35、42(電機(jī)的本體直徑或方形度，單位：mm;如果扭矩大于0.6nm，選擇57電機(jī)比較合適。如果扭矩為幾牛米以上，選用86、110等規(guī)格的步進(jìn)電機(jī)。

很多客戶很少注意步進(jìn)電機(jī)相數(shù)的選擇，大多是隨便買(mǎi)的。事實(shí)上，不同相數(shù)的電機(jī)工作效果是不同的。相數(shù)越多(常用的有二相、三相和五相)，步距角可以越小，運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)也比較小。在大多數(shù)情況下，經(jīng)常使用兩相電機(jī)。在高速大扭矩的工作環(huán)境中，選擇三相步進(jìn)電機(jī)。

還應(yīng)特別考慮電機(jī)的速度。因?yàn)殡姍C(jī)的輸出扭矩與轉(zhuǎn)速成反比。也就是說(shuō)，在低速時(shí)(每分鐘幾百轉(zhuǎn)以下，它的輸出扭矩很大)，而在高速時(shí)(1000轉(zhuǎn)--9000轉(zhuǎn))，扭矩很小。當(dāng)然，有些工況需要高速電機(jī)，所以需要測(cè)量步進(jìn)電機(jī)的線圈電阻、電感等指標(biāo)。選擇電感較小的電機(jī)作為高速電機(jī)可以獲得較大的輸出轉(zhuǎn)矩。反之，當(dāng)要求低速大扭矩時(shí)，最好選擇十幾或幾十MH的電感，大一點(diǎn)的電阻。

步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。如何正確選擇步進(jìn)電機(jī)，需要考慮到轉(zhuǎn)矩、負(fù)載、電流、慣量、轉(zhuǎn)速、精度等因素，明確步進(jìn)電機(jī)的這些要素，才能選對(duì)適合應(yīng)用的步進(jìn)電機(jī)。

1. 按照轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)選擇步進(jìn)電機(jī)種類

步進(jìn)電機(jī)按轉(zhuǎn)子的構(gòu)造大體分為：

由鈑金爪極與圓筒線圈組成的定子和永磁鐵氧體組成的PM型;

轉(zhuǎn)子不使用永久磁鐵的VR型;

轉(zhuǎn)子由兩個(gè)磁極中間加一個(gè)磁鐵組成的HS型三種類型。

在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)可以按以下步驟進(jìn)行選擇，這樣可以避免選型不當(dāng)帶來(lái)的麻煩。具體如下，僅供參考。

1、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇

步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩，近似于傳統(tǒng)電機(jī)所稱的“功率”。當(dāng)然，有著本質(zhì)的區(qū)別。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的物理結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流電機(jī)，電機(jī)的輸出功率是可變的。

通常根據(jù)需要的轉(zhuǎn)矩大小(即所要帶動(dòng)物體的扭力大小)，來(lái)選擇哪種型號(hào)的電機(jī)。

大致說(shuō)來(lái)，扭力在0.8N.m以下，選擇20、28、35、39、42(電機(jī)的機(jī)身直徑或方度，單位：mm);扭力在1N.m左右的，選擇57電機(jī)較為合適。扭力在幾個(gè)N.m或更大的情況下，就要選擇86、110、130等規(guī)格的步進(jìn)電機(jī)。

2、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇

對(duì)于電機(jī)的轉(zhuǎn)速也要特別考慮。因?yàn)椋姍C(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速成反比。就是說(shuō)，步進(jìn)電機(jī)在低速(每分鐘幾百轉(zhuǎn)或更低轉(zhuǎn)速，其輸出轉(zhuǎn)矩較大)，在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩(1000轉(zhuǎn)/分--9000轉(zhuǎn))就很小了。當(dāng)然，有些工況環(huán)境需要高速電機(jī)，就要對(duì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻、電感等指標(biāo)

進(jìn)行衡量。選擇電感稍小一些的電機(jī)，作為高速電機(jī)，能夠獲得較大輸出轉(zhuǎn)矩。反之，要求低速大力矩的情況下，就要選擇電感在十幾或幾十mH,電阻也要大一些為好。

3、步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率的選擇

步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率，通常稱為“空起頻率”。這是選購(gòu)電機(jī)比較重要的一項(xiàng)指標(biāo)。如果要求在瞬間頻繁啟動(dòng)、停止，并且，轉(zhuǎn)速在1000轉(zhuǎn)/分鐘左右(或更高)，通常需要“加速啟動(dòng)”。

如果需要直接啟動(dòng)達(dá)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)，最好選擇反應(yīng)式或永磁電機(jī)。這些電機(jī)的“空起頻率”都比較高。

4、步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)選擇

步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)選擇，這項(xiàng)內(nèi)容，很多客戶幾乎沒(méi)有什么重視，大多是隨便購(gòu)買(mǎi)。其實(shí)，不同相數(shù)的電機(jī)，工作效果是不同的。相數(shù)越多，步距角就能夠做的比較小，工作時(shí)的振動(dòng)就相對(duì)小一些。公眾號(hào)@機(jī)械知網(wǎng)，分享知識(shí)，傳播價(jià)值。大多數(shù)場(chǎng)合，使用兩相電機(jī)比較多。在高速大力矩的工作環(huán)境，選擇三相步進(jìn)電機(jī)是比較實(shí)用的。

步進(jìn)電機(jī)有步距角(涉及到相數(shù))、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號(hào)便確定下來(lái)了。

1、步距角的選擇

電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率(當(dāng)量)換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度(包括減速)。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場(chǎng)上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度(五相電機(jī))、0.9度/1.8度(二、四相電機(jī))、1.5度/3度(三相電機(jī))等。

2、靜力矩(保持轉(zhuǎn)矩)的選擇

步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)(一般由低速)時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長(zhǎng)度便能確定下來(lái)(幾何尺寸)

3、電流的選擇

靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流(參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓)

4、力矩與功率換算

步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來(lái)衡量，力矩與功率換算如下：

P=2πnM/60

P= Ω·M

Ω=2π·n/60

其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米

P=2πfM/400 (半步工作)

其中f為每秒脈沖數(shù)(簡(jiǎn)稱PPS)

(二)、應(yīng)用中的注意點(diǎn)

1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場(chǎng)合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過(guò)1000轉(zhuǎn)，(0.9度時(shí)6666PPS)，最好在1000-3000PPS(0.9度)間使用，可通過(guò)減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。

2、步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。

3、由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)動(dòng)電壓(建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V,110BYG采用高于直流80V)，當(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源，不過(guò)要考慮溫升。

4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號(hào)電機(jī)。

5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機(jī)不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。

6、高精度時(shí)，應(yīng)通過(guò)機(jī)械減速、提高電機(jī)速度,或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來(lái)解決，也可以采用5相電機(jī)，不過(guò)其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說(shuō)法是外行話。

7、電機(jī)不應(yīng)在振動(dòng)區(qū)內(nèi)工作，如若必須可通過(guò)改變電壓、電流或加一些阻尼的解決。

8、電機(jī)在600PPS(0.9度)以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來(lái)驅(qū)動(dòng)。

9、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動(dòng)的原則。

五、其他說(shuō)明

有關(guān)低頻振動(dòng)、升降速、機(jī)械共振、工作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的誤差、平面圓弧X、Y插補(bǔ)誤差以及其他問(wèn)題。具體解決辦法恕不便在此敘述，我廠用戶可來(lái)電咨詢，可根據(jù)具體情況解決。

不同廠家的電機(jī)在設(shè)計(jì)、使用材料及加工工藝方面差別很大，選用步進(jìn)電機(jī)應(yīng)注重可靠性而輕性能、重品質(zhì)而輕價(jià)格。