步進(jìn)電機的使用特性與工作特點(diǎn)，步進(jìn)電機的選用選型及其注意事項

　　步進(jìn)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(shí)供電的，多相時(shí)序控制電流，用這種電流為步進(jìn)電機供電，步進(jìn)電機才能正常工作，驅動(dòng)器就是為步進(jìn)電機分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。

　　步進(jìn)電機又稱(chēng)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(dòng)作原理是依靠氣隙磁導的變化來(lái)產(chǎn)生電磁轉矩。其原始模型是起源于年至年間。年前后開(kāi)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(jìn)電機。二十世紀初，在電話(huà)自動(dòng)交換機中廣泛使用了步進(jìn)電機。由于西方資本主義列強爭奪殖民地，步進(jìn)電機在缺乏交流電源的船舶和飛機等獨立系統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(jìn)電機上，對于數字化的控制變得更為容易。到了八十年代后，由于廉價(jià)的微型計算機以多功能的姿態(tài)出現，步進(jìn)電機的控制方式更加靈活多樣。

　　步進(jìn)電機的使用特性與工作特點(diǎn)

　　1、工作特點(diǎn)

　?。?）步進(jìn)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(dòng)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(dòng)，即步進(jìn)電機具有自鎖能力，不需機械制動(dòng)；

　?。?）有一定的步距精度，沒(méi)有累積誤差；

　?。?）缺點(diǎn)是效率低。

　　2、使用特性

　?。?）步距誤差

　　步距誤差直接影響執行部件的定位精度。步進(jìn)電機單相通電時(shí)，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(shí)，步距角不僅和上述加工裝配精度有關(guān)還和各相電流的大小、磁路性能等因素有關(guān)。國產(chǎn)步進(jìn)電機的步距誤差一般為±10′～±15′，功率步進(jìn)電機的步距誤差一般為±20′～±25′。

　?。?）最高啟動(dòng)頻率和最高工作頻率

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

　?。?）輸出的轉矩-頻率特性

　　步進(jìn)電機的定子繞組本身就是一個(gè)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(jìn)電機最高工作頻率的輸出轉矩只能達到低頻轉矩的40%～50%，應根據負載要求參照高頻輸出轉矩來(lái)選用步進(jìn)電機的規格。

　　步進(jìn)電機的選用選型及其注意事項

　　在選擇步進(jìn)電機時(shí)可以按以下步驟進(jìn)行選擇，這樣可以避免選型不當帶來(lái)的麻煩。具體如下，僅供參考。

　　1、步進(jìn)電機轉矩的選擇

　　步進(jìn)電機的保持轉矩，近似于傳統電機所稱(chēng)的“功率”。當然，有著(zhù)本質(zhì)的區別。步進(jìn)電動(dòng)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。通常根據需要的轉矩大?。此獛?dòng)物體的扭力大?。?，來(lái)選擇哪種型號的電機。大致說(shuō)來(lái)，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(gè)N.m或更大的情況下，就要選擇86、110、130等規格的步進(jìn)電機。

　　2、步過(guò)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(shuō)，步進(jìn)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(jìn)電動(dòng)機的線(xiàn)圈電阻、電感等指標進(jìn)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(jìn)電機空載起動(dòng)頻率的選擇

　　步進(jìn)電機空載起動(dòng)頻率，通常稱(chēng)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(dòng)、停止，并且，轉速在1000轉/分鐘左右（或更高），通常需要“加速啟動(dòng)”。如果需要直接啟動(dòng)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(jìn)電機的相數選擇

　　步進(jìn)電機的相數選擇，這項內容，很多客戶(hù)幾乎沒(méi)有什么重視，大多是隨便購買(mǎi)。其實(shí)，不同相數的電機，工作效果是不同的。相數越多，步距角就能夠做的比較小，工作時(shí)的振動(dòng)就相對小一些。大多數場(chǎng)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(jìn)電機是比較實(shí)用的。

　　5、針對步進(jìn)電機使用環(huán)境來(lái)選擇

　　特種步進(jìn)電機能夠防水、防油，用于某些特殊場(chǎng)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、根據您的實(shí)際情況可否需要特殊規格

　　特殊規格的步進(jìn)電機，請和我們溝通，在技術(shù)允許的范圍內，加工訂貨。例如，出軸的直徑、長(cháng)短、伸出方向等。

　　7、如有必要最好與廠(chǎng)家的技術(shù)工程師進(jìn)一步溝通與確認型號

　　如有必要最好與廠(chǎng)家的技術(shù)工程師進(jìn)一步溝通，以便于確認你要選擇的步進(jìn)機電能否滿(mǎn)足你所要求各方面的指標。

　　步進(jìn)電機的選擇

　　步進(jìn)電機有步距角（涉及到相數）、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進(jìn)電機的型號便確定下來(lái)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(gè)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(chǎng)上步進(jìn)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(jìn)電機的動(dòng)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(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負載，恒速運行進(jìn)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(cháng)度便能確定下來(lái)（幾何尺寸）

　　3、電流的選擇

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

　　4、力矩與功率換算

　　步進(jìn)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(lái)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（簡(jiǎn)稱(chēng)PPS）

　　應用中的注意點(diǎn)

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

　　2、步進(jìn)電機最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)大。

　　3、由于歷史原因，只有標稱(chēng)為12V電壓的電機使用12V外，其他電機的電壓值不是驅動(dòng)電壓伏值 ，可根據驅動(dòng)器選擇驅動(dòng)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(dòng)外也可以采用其他驅動(dòng)電源，不過(guò)要考慮溫升。

　　4、轉動(dòng)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(shí)，一般不在工作速度起動(dòng)，而采用逐漸升頻提速，一電機不失步，二可以減少噪音同時(shí)可以提高停止的定位精度。

　　6、高精度時(shí)，應通過(guò)機械減速、提高電機速度，或采用高細分數的驅動(dòng)器來(lái)解決，也可以采用5相電機，不過(guò)其整個(gè)系統的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠(chǎng)家少，其被淘汰的說(shuō)法是外行話(huà)。