步進(jìn)電機(jī)該如何選型

引言：工業(yè)社會中，步進(jìn)電機(jī)因其具有無刷結(jié)構(gòu)，可靠性高、響應(yīng)快、不受特定環(huán)境影響和保持轉(zhuǎn)矩等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。與此同時(shí)，隨著國民經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)，工業(yè)自動(dòng)化水平日益提高，因此對步進(jìn)電機(jī)的需求也逐年攀升。那么在購機(jī)之前，應(yīng)該如何選型呢？那就往下看吧！

　　什么是步進(jìn)電機(jī)？步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)，是現(xiàn)代數(shù)字程序控制系統(tǒng)中的主要執(zhí)行元件，應(yīng)用極為廣泛。在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。

　　同時(shí)，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。步進(jìn)電機(jī)一旦三大要素確定，步進(jìn)電機(jī)的型號便確定下來了。

　　1、步進(jìn)電機(jī)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。市場上步進(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、步進(jìn)電機(jī)靜力矩的選擇

　　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)座及長度便能確定下來（幾何尺寸）。

　　3、步進(jìn)電機(jī)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。

　　步進(jìn)電機(jī)選型計(jì)算方法：

　　一）電機(jī)**速度選擇：

　　步進(jìn)電機(jī)**速度范圍為600-1000rpm。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)要根據(jù)此參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　　二）電機(jī)步距角選擇：

　　機(jī)械傳動(dòng)比確定后，可根據(jù)控制系統(tǒng)的定位精度選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角及驅(qū)動(dòng)器的細(xì)分等級，一般選電機(jī)的一個(gè)步距角對應(yīng)于系統(tǒng)的定位精度的1/2或更小。注意：當(dāng)細(xì)分等級大于1/4后，步距角的精度不能保證。

　　三）電機(jī)力矩選擇：

　　轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算

　　在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)中，物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J對應(yīng)于直線運(yùn)動(dòng)中的物體質(zhì)量。要計(jì)算系統(tǒng)在加速過程中的動(dòng)態(tài)載荷，就必須計(jì)算物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J和角加速度w，然后得出慣性力矩T=J*w。

　　物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：J=∫r2pdV，式中dV為體積元，p為物體密度，r為體積元與轉(zhuǎn)軸的距離。單位：Kgm2。以圓柱體為例：

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

　　將負(fù)載質(zhì)量換算成電機(jī)輸出軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，常見傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與公式如下：

　　1）滾珠絲杠

　　J=W（1/2π*BP/103）2*GL2

　　W：可動(dòng)部分總質(zhì)量（Kg）

　　BP：絲杠螺距（mm）

　　GL：減速比

　　2）齒條和小齒輪、傳送帶、鏈條傳動(dòng)

　　J=W（1/2*D/103）2*GL2

　　W：可動(dòng)部分總質(zhì)量（Kg）

　　D：小齒輪直徑（mm）

　　鏈輪直徑（mm）

　　GL：減速比

　　3）旋轉(zhuǎn)體、轉(zhuǎn)盤驅(qū)動(dòng)

　　J=（J1+W（L/103）2）*GL2

　　J1：轉(zhuǎn)盤的慣性矩

　　W：轉(zhuǎn)盤上物體的質(zhì)量（Kg）

　　L：物體與旋轉(zhuǎn)軸的距離（mm）

　　GL：減速比

　　加速度計(jì)算

　　控制系統(tǒng)要定位準(zhǔn)確，物體運(yùn)動(dòng)必須有加減速過程，如下圖所示。

　　已知加速度時(shí)間△t、**速度Vmax，很容易算出電機(jī)的角加速度：w=Vmax/△t（rad/s2）

　　電機(jī)力矩計(jì)算

　　T=（J*w+TL）/n其中：TL為系統(tǒng)外力折算到電機(jī)上的力矩;n為傳動(dòng)系統(tǒng)的效率。

　　根據(jù)計(jì)算出的力矩T再加上一定的安全系數(shù)，即可選出電機(jī)的型號。

　　以上數(shù)據(jù)僅供參考，請根據(jù)自己的實(shí)際情況進(jìn)行選購，亦可咨詢我們?yōu)槟峁┵徺I方案。步進(jìn)電機(jī)如今不斷滲透進(jìn)新興經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域之中，新的市場需求也隨之生成，其性能將會不斷改進(jìn)創(chuàng)新下去。