关于步进电机选型

最新推荐文章于 2022-10-06 10:00:00 发布

guangod

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分类专栏：硬件相关知识累积

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本文详细介绍了步进电机的工作原理、重要参数如保持转矩、相数、步距角、电机力矩等，并提供了电机力矩计算方法。讨论了启动曲线、细分驱动器的作用以及如何调整电机转动方向。此外，还提到了电机的使用环境选择和驱动器的脱机信号功能。了解这些关键信息有助于正确选型和高效使用步进电机。

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项目评估，要用到步进电机，选型？有哪些重要参数呢？

什么是步进电机?

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步矩角）。您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

步进电机必须由脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。

什么是保持转矩（HOLDING TORQUE）?

保持转矩（HOLDING TORQUE）是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。近似于传统电机所称的“功率”。力矩与功率的换算如下：步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量
P= Ω·M
Ω=2π·n/60
P=2πn M/60（可由上面推导出来）
其P为功率单位为瓦，Ω为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿·米
P=2πfM/400(半步工作）
其中f为每秒脉冲数（简称 PPS )

电机在600 PPS （0.9度）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。
应遵循先选电机后选驱动的原则。

相数？？

不同相数的电机，工作效果是不同的。相数越多，步距角就能够做的比较小，工作时的振动就相对小一些。大多数场合，使用两相电机比较多。在高速大力矩的工作环境，选择三相步进电机是比较实用的。

步矩角？？

机械传动比确定后，可根据控制系统的定位精度选择步进电机的步距角及驱动器的细分等级，一般选电机的一个步距角对应于系统的定位精度的1/2或更小。注意：当细分等级大于1/4后，步距角的精度不能保证。

电机力矩？？

转动惯量计算

在旋转运动中，物体的转动惯量J对应于直线运动中的物体质量。要计算系统在加速过程中的动态载荷，就必须计算物体的转动惯量J和角加速度w，然后得出惯性力矩T=J*w。

物体的转动惯量为：J=∫r²pdV，式中dV为体积元，p为物体密度，r为体积元与转轴的距离。单位：Kgm²。以圆柱体为例：

J=W/8（D/10³）²=πp/32（L/10³）（D/10³）^4 式中：L（长度/mm）D（直径/mm）

将负载质量换算成电机输出轴上的转动惯量，常见传动机构与公式如下：

1）滚珠丝杠

J=W（1/2π*BP/10³）²*GL²

W：可动部分总质量（Kg）

BP：丝杠螺距（mm）

GL：减速比

2）齿条和小齿轮、传送带、链条传动

J=W（1/2*D/10³）²*GL²

W：可动部分总质量（Kg）

D：小齿轮直径（mm）

链轮直径（mm）

GL：减速比

3）旋转体、转盘驱动

J=（J1+W（L/10³）²）*GL²

J1：转盘的惯性矩

W：转盘上物体的质量（Kg）

L：物体与旋转轴的距离（mm）

GL：减速比

加速度计算

控制系统要定位准确，物体运动必须有加减速过程，如下图所示。

已知加速度时间△t、最大速度Vmax，很容易算出电机的角加速度：w=Vmax/△t（rad/s²）

电机力矩计算

T=（J*w+TL）/n 其中：TL为系统外力折算到电机上的力矩;n为传动系统的效率。

根据计算出的力矩T再加上一定的安全系数，即可选出电机的型号。

步进电机的启动曲线？？

步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。

细分驱动器的细分数是否能代表精度?

步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。比如对于步进角为1.8°的两相混合式步进电机，如果细分驱动器的细分数设置为4，那么电机的运转分辨率为每个脉冲0.45°，电机的精度能否达到或接近0.45°，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大；细分数越大精度越难控制。