步進電機該如何選型

引言：工業(yè)社會中，步進電機因其具有無刷結(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)矩等特點被廣泛應(yīng)用。與此同時，隨著國民經(jīng)濟的推動，工業(yè)自動化水平日益提高，因此對步進電機的需求也逐年攀升。那么在購機之前，應(yīng)該如何選型呢？那就往下看吧！

　　什么是步進電機？步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機，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)，而不受負載變化的影響，當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。

　　同時，步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉(zhuǎn)矩、及電流三大要素組成。步進電機一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。

　　1、步進電機步距角的選擇

　　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(yīng)走多少角度（包括減速）。電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。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、步進電機靜力矩的選擇

　　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(yīng)為摩擦負載的2-3倍內(nèi)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、步進電機電流的選擇

　　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。

　　步進電機選型計算方法：

　　一）電機**速度選擇：

　　步進電機**速度范圍為600-1000rpm。機械傳動系統(tǒng)要根據(jù)此參數(shù)進行設(shè)計。

　　二）電機步距角選擇：

　　機械傳動比確定后，可根據(jù)控制系統(tǒng)的定位精度選擇步進電機的步距角及驅(qū)動器的細分等級，一般選電機的一個步距角對應(yīng)于系統(tǒng)的定位精度的1/2或更小。注意：當細分等級大于1/4后，步距角的精度不能保證。

　　三）電機力矩選擇：

　　轉(zhuǎn)動慣量計算

　　在旋轉(zhuǎn)運動中，物體的轉(zhuǎn)動慣量J對應(yīng)于直線運動中的物體質(zhì)量。要計算系統(tǒng)在加速過程中的動態(tài)載荷，就必須計算物體的轉(zhuǎn)動慣量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）

　　將負載質(zhì)量換算成電機輸出軸上的轉(zhuǎn)動慣量，常見傳動機構(gòu)與公式如下：

　　1）滾珠絲杠

　　J=W（1/2π*BP/103）2*GL2

　　W：可動部分總質(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

　　J=W（1/2*D/103）2*GL2

　　W：可動部分總質(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

　　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

　　加速度計算

　　控制系統(tǒng)要定位準確，物體運動必須有加減速過程，如下圖所示。

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

　　電機力矩計算

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

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

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