如何选择合适的步进电机

如何选择合适的步进电机

2004年3月14日

1. 负载分类：

（1）Tf力矩负载：

Tf = G·r

G 重物重量 r 半径

（2）TJ惯性负载：

J = M（R12+R22）/ 32 （Kg·cm）

M：质量

R1：外径

R2：内径

TJ = J·dw/dt dw/dt 为角加速度

2.力矩曲线图的说明

力矩曲线图是步进电机输出特性的重要表现，以下是我们对其中关键词语的解释。

说明：

1. 工作频率点：表示步进电机在该点的转速值。单位：Hz

n=Θ*Hz / （360*D）

n 转/秒

Hz 该点的频率值

D 电路的细分值，

Θ步进电机的步距角

例：1.8步进电机，在1/2细分驱动的情况下（即每步0.9）500Hz 时，其速度是 1.25转/秒

2. 起动区域：步进电机可以直接起动或停止的区域。

3. 运行区域：在这个区域里，电机不能直接运行，必须先要在起动区域内起动，然后通过加速的方式，才能到达该工作区域内。同样，在该区域内，电机也不能直接制动，否则就会造成失步，必须通过减速的方式到起动区域内，在进行制动。

4. 最大起动频率点：步进电机在空载情况下，最大的直接起动速度点。

5. 最大运行频率点：步进电机在空载情况下，可以达到的最大的运行速度点。

6. 起动力矩：步进电机在特定的工作频率点下，直接起动可带动的最大力矩负载值。

7. 运行力矩：步进电机在特定的工作频率点下，运行中可带动的最大力矩负载值。由于运动惯性的原因，所以，运行力矩要比起动力矩大。

3 加速和减速运动的控制

当一个系统的工作频率点在力矩曲线图的运行区域内时，如何在最短的时间内加速，减速就成了关键。如下图示，步进电机的动态力矩特性一般在低速时为水平直线状，在高速时，由于电感的影响，很快下滑。

（1）直线加速运动

已知电机负载为TL，要从F0 在最短时间tr内加速到F1，求tr 和加速脉频率F（t）

A．确定TJ，一般TJ =70% Tm。

B．tr = 1.8*10-5*J*Θ*（F1-F0）/ （TJ-TL）

C.Ｆ（ｔ）＝（Ｆ１－Ｆ０）＊ｔ／ｔｒ＋Ｆ０， 0 < t < tr

（２）指数加速运动

已知电机负载为TL，要从F0 在最短时间tr内加速到F1，求tr 和加速脉频率F（t）

A.确定TJ０，ＴＪ１一般TJ０ =70% Tm０,TJ１ =70% Tm１,TL=60%Tm1

B．tr = F4*ln[(TJ0-TL)/(TJ1-TL)]

C.Ｆ（ｔ）＝F2*[1-e^(-t/F4)]＋Ｆ０， 0 < t < tr

其中，F2=(TL-TJ0)*(F1-F0)/(TJ1-TJ0)

F4=1.8*10-5*J*Θ*F2 /( TJ0-TL)

J 为电机转子和负载的转动惯量，Θ为每一步的度数，整步运行时为电机步距角。

至于减速的控制，只要将上诉的加速脉频率反过来进行即可。

4 振动和噪音

一般来说，步进电机在空载运行时，在200pps左右会有一个很严重的振动，甚至会产生失步的现象，

这是由于电机转子是一个有质量的物体，当电机运行的频率接近到转子的固有频率，振动就产生了，一般有几种解决的办法：

1. 避开振动区，使电机的工作频率不在这个范围内。

2. 采用细分的驱动方式，使原来1步完成的动作分几步完成，减少振动，一般半步运动时，电机的力矩比整步时少15%，采用正弦波电流控制时，力矩减小为30%。

步进电机选型指南

2004年3月15日

何为步进电机

步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机。步进电机的最大特点是其“数字性”，对于微电脑发过来的每一个脉冲信号，步进电机在其驱动器的推动下运转一个固定角度（简称一步），如下图所示。如接收到一串脉冲步进电机将连续运转一段相应距离。同时您可通过控制脉冲频率，直接对电机转速进行控制。由于步进电机工作原理易学易用，成本低（相对于伺服）、电机和驱动器不易损坏，非常适合于微电脑和单片机控制，因此近年来在各行各业的控制设备中获得了越来越广泛的应用。

步进电机的种类和特点

步进电机在构造上有三种主要类型：反应式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式(Hybrid Stepping,HS)。

∙反应式：

定子上有绕组、转子由软磁材料组成。结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。

∙永磁式：

永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大（一般为7.5°或15°）。

∙混合式：

混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。其特点是输出力矩大、动态性能好，步矩角小，但结构复杂、成本相对较高。

按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占 97% 以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。该种电机的基本步矩角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步矩角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步矩角可细分达256倍（0.007°）。由于摩擦力和制造精度等原

因，实际控制精度略低。同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。

雷赛精密电机厂引进美国技术生产的步进电机，

采用优质冷轧钢片和耐高温永磁体，具有温升低、可

靠性高等特点。由于其具有良好的内部阻尼特性，因

而运行平稳，无明显震荡区。

命名规则

上例表示机座号为57mm,两相混合式,步距角为1.8度,扭矩0.9Nm，设计序号01，单边出轴的电机。选型列表