步進電機的使用特性與工作特點，步進電機的選用選型及其注意事項

　　步進電機是一種感應電機，它的工作原理是利用電子電路，將直流電變成分時供電的，多相時序控制電流，用這種電流為步進電機供電，步進電機才能正常工作，驅動器就是為步進電機分時供電的，多相時序控制器。

　　步進電機又稱為脈沖電機，基于最基本的電磁鐵原理，它是一種可以自由回轉的電磁鐵，其動作原理是依靠氣隙磁導的變化來產生電磁轉矩。其原始模型是起源于年至年間。年前后開始以控制為目的的嘗試，應用于氫弧燈的電極輸送機構中。這被認為是最初的步進電機。二十世紀初，在電話自動交換機中廣泛使用了步進電機。由于西方資本主義列強爭奪殖民地，步進電機在缺乏交流電源的船舶和飛機等獨立系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。二十世紀五十年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應用在步進電機上，對于數(shù)字化的控制變得更為容易。到了八十年代后，由于廉價的微型計算機以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進電機的控制方式更加靈活多樣。

　　1、工作特點

　?。?）步進電機受控于脈沖電流，其輸出的角位移嚴格與輸入脈沖的數(shù)量成正比，角速度嚴格與頻率成正比，改變通電順序即可改變電機的轉動方向；

　?。?）若維持通電繞組的電流不變，電機便停在某一位置不動，即步進電機具有自鎖能力，不需機械制動；

　　（3）有一定的步距精度，沒有累積誤差；

　　（4）缺點是效率低。

　　2、使用特性

　?。?）步距誤差

　　步距誤差直接影響執(zhí)行部件的定位精度。步進電機單相通電時，步距誤差決定于定子和轉子的分齒精度、各相定子錯位角度的精度。多相通電時，步距角不僅和上述加工裝配精度有關還和各相電流的大小、磁路性能等因素有關。國產步進電機的步距誤差一般為±10′～±15′，功率步進電機的步距誤差一般為±20′～±25′。

　?。?）最高啟動頻率和最高工作頻率

　　空載時，步進電機由靜止突然啟動，并不失步地進入穩(wěn)速運行，所允許的啟動頻率的最高值稱為最高啟動頻率。啟動頻率大于此值時步進電機便不能正常運行。最高啟動頻率fg與步進電機的慣性負載J 有關，J增大則fg將下降。國產步進電機的fg最大可超過5000Hz，功率步進電機的fg一般為1000～3000Hz。步進電機連續(xù)運行時所能接受的最高頻率稱為最高工作頻率它與步距角一起決定執(zhí)行部件的最大運動速度，也和fg一樣決定于負載慣量J，還與定子相數(shù)、通電方式、控制電路的功率放大級等因素有關。

　?。?）輸出的轉矩-頻率特性

　　步進電機的定子繞組本身就是一個電感性負載，輸入頻率越高，激磁電流就越小。另外，頻率越高，由于磁通量的變化加劇，以致鐵芯的渦流損失加大。因此，輸入頻率增高后，輸出力矩Md要降低。功率步進電機最高工作頻率的輸出轉矩只能達到低頻轉矩的40%～50%，應根據(jù)負載要求參照高頻輸出轉矩來選用步進電機的規(guī)格。

　　在選擇步進電機時可以按以下步驟進行選擇，這樣可以避免選型不當帶來的麻煩。具體如下，僅供參考。

　　1、步進電機轉矩的選擇

　　步進電機的保持轉矩，近似于傳統(tǒng)電機所稱的“功率”。當然，有著本質的區(qū)別。步進電動機的物理結構，完全不同于交流、直流電機，電機的輸出功率是可變的。通常根據(jù)需要的轉矩大?。此獛游矬w的扭力大小），來選擇哪種型號的電機。大致說來，扭力在0.8N.m以下，選擇20、28、35、39、42（電機的機身直徑或方度，單位：mm）;扭力在1N.m左右的，選擇57電機較為合適。扭力在幾個N.m或更大的情況下，就要選擇86、110、130等規(guī)格的步進電機。

　　2、步過電機轉速的選擇

　　對于電機的轉速也要特別考慮。因為，電機的輸出轉矩，與轉速成反比。就是說，步進電機在低速（每分鐘幾百轉或更低轉速，其輸出轉矩較大），在高速旋轉狀態(tài)的轉矩（1000轉/分--9000轉）就很小了。當然，有些工況環(huán)境需要高速電機，就要對步進電動機的線圈電阻、電感等指標進行衡量。選擇電感稍小一些的電機，作為高速電機，能夠獲得較大輸出轉矩。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、步進電機空載起動頻率的選擇

　　步進電機空載起動頻率，通常稱為“空起頻率”。這是選購電機比較重要的一項指標。如果要求在瞬間頻繁啟動、停止，并且，轉速在1000轉/分鐘左右（或更高），通常需要“加速啟動”。如果需要直接啟動達到高速運轉，最好選擇反應式或永磁電機。這些電機的“空起頻率”都比較高。

　　4、步進電機的相數(shù)選擇

　　步進電機的相數(shù)選擇，這項內容，很多客戶幾乎沒有什么重視，大多是隨便購買。其實，不同相數(shù)的電機，工作效果是不同的。相數(shù)越多，步距角就能夠做的比較小，工作時的振動就相對小一些。大多數(shù)場合，使用兩相電機比較多。在高速大力矩的工作環(huán)境，選擇三相步進電機是比較實用的。

　　5、針對步進電機使用環(huán)境來選擇

　　特種步進電機能夠防水、防油，用于某些特殊場合。例如水下機器人，就需要放水電機。對于特種用途的電機，就要針對性選擇了。

　　6、根據(jù)您的實際情況可否需要特殊規(guī)格

　　特殊規(guī)格的步進電機，請和我們溝通，在技術允許的范圍內，加工訂貨。例如，出軸的直徑、長短、伸出方向等。

　　7、如有必要最好與廠家的技術工程師進一步溝通與確認型號

　　如有必要最好與廠家的技術工程師進一步溝通，以便于確認你要選擇的步進機電能否滿足你所要求各方面的指標。

　　步進電機的選擇

　　步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。

　　1、步距角的選擇

　　電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度（三相電機）等。

　　2、靜力矩的選擇

　　步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時（一般由低速）時二種負載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負載，恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下，靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好，靜力矩一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來（幾何尺寸）

　　3、電流的選擇

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

　　4、力矩與功率換算

　　步進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：

　　P= Ω·M Ω=2π·n/60 P=2πnM/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)（簡稱PPS）

　　應用中的注意點

　　1、步進電機應用于低速場合---每分鐘轉速不超過1000轉，（0.9度時6666PPS），最好在1000-3000PPS（0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機工作效率高，噪音低。

　　2、步進電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。

　　3、由于歷史原因，只有標稱為12V電壓的電機使用12V外，其他電機的電壓值不是驅動電壓伏值 ，可根據(jù)驅動器選擇驅動電壓（建議：57BYG采用直流24V-36V，86BYG采用直流50V，110BYG采用高于直流80V），當然12伏的電壓除12V恒壓驅動外也可以采用其他驅動電源，不過要考慮溫升。

　　4、轉動慣量大的負載應選擇大機座號電機。

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

　　6、高精度時，應通過機械減速、提高電機速度，或采用高細分數(shù)的驅動器來解決，也可以采用5相電機，不過其整個系統(tǒng)的價格較貴，生產廠家少，其被淘汰的說法是外行話。