簡(jiǎn)介步進(jìn)電機驅動(dòng)的設計、選型實(shí)戰經(jīng)驗

步進(jìn)電機是一種作為控制用的特種電機, 它的旋轉是以固定的角度(稱(chēng)為"步距角")一步一步運行的, 其特點(diǎn)是沒(méi)有積累誤差(精度為100%), 所以廣泛應用于各種開(kāi)環(huán)控制。步進(jìn)電機的運行要有一電子裝置進(jìn)行驅動(dòng), 這種裝置就是步進(jìn)電機驅動(dòng)器, 它是把控制系統發(fā)出的脈沖信號轉化為步進(jìn)電機的角位移, 或者說(shuō): 控制系統每發(fā)一個(gè)脈沖信號, 通過(guò)驅動(dòng)器就使步進(jìn)電機旋轉一步距角。所以步進(jìn)電機的轉速與脈沖信號的頻率成正比。所以，控制步進(jìn)脈沖信號的頻率，可以對電機精確調速;控制步進(jìn)脈沖的個(gè)數，可以對電機精確定位目的。步進(jìn)電機通過(guò)細分驅動(dòng)器的驅動(dòng)，其步距角變小了，如驅動(dòng)器工作在10細分狀態(tài)時(shí)，其步距角只為‘電機固有步距角‘的十分之一，也就是說(shuō)：‘當驅動(dòng)器工作在不細分的整步狀態(tài)時(shí)，控制系統每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖，電機轉動(dòng)1.8°;而用細分驅動(dòng)器工作在10細分狀態(tài)時(shí)，電機只轉動(dòng)了0.18° ，這就是細分的基本概念。 細分功能完全是由驅動(dòng)器靠精確控制電機的相電流所產(chǎn)生，與電機無(wú)關(guān)。

驅動(dòng)器細分后的主要優(yōu)點(diǎn)為：完全消除了電機的低頻振蕩。低頻振蕩是步進(jìn)電機(尤其是反應式電機)的固有特性，而細分是消除它的唯一途徑，如果您的步進(jìn)電機有時(shí)要在共振區工作(如走圓弧)，選擇細分驅動(dòng)器是唯一的選擇。提高了電機的輸出轉矩。尤其是對三相反應式電機，其力矩比不細分時(shí)提高約30-40% 。提高了電機的分辨率。由于減小了步距角、提高了步距的均勻度，‘提高電機的分辨率‘是不言而喻的。

以上是步進(jìn)電機的基本原理，接下來(lái)，針對步進(jìn)電機驅動(dòng)的設計、選型實(shí)戰經(jīng)驗進(jìn)行總結：

選擇保持轉矩(HOLDING TORQUE)

保持轉矩也叫靜力矩，是指步進(jìn)電機通電但沒(méi)有轉動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉子的力矩。由于步進(jìn)電機低速運轉時(shí)的力矩接近保持轉矩，而步進(jìn)電機的力矩隨著(zhù)速度的增大而快速衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以說(shuō)保持轉矩是衡量步進(jìn)電機負載能力最重要的參數之一。比如，一般不加說(shuō)明地講到1N.m的步進(jìn)電機，可以理解為保持轉矩是1N.m。

選擇相數

兩相步進(jìn)電機成本低，步距角最少1.8 度，低速時(shí)的震動(dòng)較大，高速時(shí)力矩下降快，適用于高速且對精度和平穩性要求不高的場(chǎng)合;三相步進(jìn)電機步距角最少1.5度，振動(dòng)比兩相步進(jìn)電機小，低速性能好于兩相步進(jìn)電機，最高速度比兩相步進(jìn)電機高百分之30至50，適用于高速且對精度和平穩性要求較高的場(chǎng)合;5相步進(jìn)電機步距角更小，低速性能好于3相步進(jìn)電機，但成本偏高，適用于中低速段且對精度和平穩性要求較高的場(chǎng)合。

選擇步進(jìn)電機

應遵循先選電機后選驅動(dòng)器原則，先明確負載特性，再通過(guò)比較不同型號步進(jìn)電機的靜力矩和矩頻曲線(xiàn)，找到與負載特性最匹配的步進(jìn)電機;精度要求高時(shí)，應采用機械減速裝置，以使電機工作在效率最高、噪音最低的狀態(tài);避免使電機工作在振動(dòng)區，如若必須則通過(guò)改變電壓、電流或增加阻尼的方法解決;電源電壓方面，建議57電機采用直流24V-36V、86電機采用直流46V、110電機采用高于直流80V;大轉動(dòng)慣量負載應選擇機座號較大的電機;大慣量負載、工作轉速較高時(shí)，電機而應采用逐漸升頻提速，以防止電機失步、減少噪音、提高停轉時(shí)的定位精度;鑒于步進(jìn)電機力矩一般在40Nm以下，超出此力矩范圍，且運轉速度大于1000RPM時(shí)，即應考慮選擇伺服電機，一般交流伺服電機可正常運轉于3000RPM，直流伺服電機可可正常運轉于10000RPM。

選擇驅動(dòng)器和細分數

最好不選擇整步狀態(tài)，因為整步狀態(tài)時(shí)振動(dòng)較大;盡量選擇小電流、大電感、低電壓的驅動(dòng)器;配用大于工作電流的驅動(dòng)器、在需要低振動(dòng)或高精度時(shí)配用細分型驅動(dòng)器、對于大轉矩電機配用高電壓型驅動(dòng)器，以獲得良好的高速性能;在電機實(shí)際使用轉速通常較高且對精度和平穩性要求不高的場(chǎng)合，不必選擇高細分數驅動(dòng)器，以便節約成本;在電機實(shí)際使用轉速通常很低的條件下，應選用較大細分數，以確保運轉平滑，減少振動(dòng)和噪音;總之，在選擇細分數時(shí)，應綜合考慮電機的實(shí)際運轉速度、負載力矩范圍、減速器設置情況、精度要求、振動(dòng)和噪音要求等。