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步进电机选型误区盘点

日期: 2018-08-09
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步进电机是一种作为控制用的特种电机,它的旋转是以固定的角度(称为“步距角”)一步一步运行的,其特点是没有积累误差(精度为百分之100),所以广泛应用于各种开环控制。步进电机的运行要有一电子装置进行驱动,这种装置就是步进电机驱动器,它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移,或者说:控制系统每发一个脉冲信号,通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。虽然步进电机已被广泛地应用,但步进电机并不能象普通的直流电机,交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事,它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。

  本文主要介绍步进电机选型原则及选型的误区盘点,首先介绍的是选型的原则,其次介绍了步进电机选择的要素及选型步骤,最后阐述了步进电机选型误区,具体的跟随小编来详细的了解一下。

  

  步进电机选型原则

  1、首先确定步进电机拖动负载所需要的扭矩。最简单的方法是在负载轴上加一杠杆,用弹簧秤拉动杠杆,拉力乘以力臂长度既是负载力矩。或者根据负载特性从理论上计算出来。由于步进电机是控制类电机,所以目前常用步进电机的最大力矩不超过 45Nm ,力矩越大,成本越高,如果您所选择的电机力矩较大或超过此范围,可以考虑加配减速装置。

  2、确定步进电机的最高运行转速。转速指标在步进电机的选取时至关重要,步进电机的特性是随着电机转速的升高,扭矩下降,其下降的快慢和很多参数有关,如 : 驱动器的驱动电压、电机的相电流、电机的相电感、电机大小等等,一般的规律是:驱动电压越高,力矩下降越慢;电机的相电流越大,力矩下降越慢。在设计方案时,应使电机的转速控制在 1500 转 / 分或 1000 转 / 分,当然这样说很不规范,可以参考〈矩 - 频特性〉。

  3、根据负载最大力矩和最高转速这两个重要指标,再参考〈矩 - 频特性〉,就可以选择出适合自己的步进电机。如果您认为自己选出的电机太大,可以考虑加配减速装置,这样可以节约成本,也可以使您的设计更灵活。要选择好合适的减速比,要综合考虑力矩和速度的关系,选择出最佳方案。

  4、最后还要考虑留有一定的(如百分之30 )力矩余量和转速余量。

  5、尽量选择混合式步进电机,它的性能高于反映式步进电机。

  6、尽量选取细分驱动器,且使驱动器工作在细分状态。

  7、选取时且勿走入只看电机力矩这一个指标的误区,也就是说并非电机的扭矩越大越好,要和速度指标一起考虑。

  8、在转速要求较高的情况下可以选择驱动电压高一点的驱动器。

  9、在选购时是采用两相的还是三相的,这并没有什么具体的要求,只要步距角能满足使用要求就行。

  

  步进电机的选择要素

  1、步距角的选择

  电机的步距角取决于负载精度的要求,将负载的最小分辨率(当量)换算到电机轴上,每个当量电机应走多少角度(包括减速)。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度(五相电机)、0.9度/1.8度(二、四相电机)、1.5度/3度(三相电机)等。

  2、静力矩的选择

  步进电机的动态力矩一下子很难确定,我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载,而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。直接起动时(一般由低速)时二种负载均要考虑,加速起动时主要考虑惯性负载,恒速运行进只要考虑摩擦负载。一般情况下,静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好,静力矩一旦选定,电机的机座及长度便能确定下来(几何尺寸)

  3、电流的选择

  静力矩一样的电机,由于电流参数不同,其运行特性差别很大,可依据矩频特性曲线图,判断电机的电流(参考驱动电源、及驱动电压)。

  综上所述选择电机一般应遵循以下步骤:

  

  4、力矩与功率换算

  进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的,一般只用力矩来衡量,力矩与功率换算如下:

  

  其P为功率单位为瓦,Ω为每秒角速度,单位为弧度,n为每分钟转速,M为力矩单位为牛顿·米 P=2πfM/400(半步工作) 其中f为每秒脉冲数(简称PPS)

  步进电机的选型步骤详解

  1、步进电机转矩的选择

  步进电机的保持转矩,近似于传统电机所称的“功率”。当然,有着本质的区别。步进电动机的物理结构,完全不同于交流、直流电机,电机的输出功率是可变的。通常根据需要的转矩大小(即所要带动物体的扭力大小),来选择哪种型号的电机。大致说来,扭力在0.8N.m以下,选择20、28、35、39、42(电机的机身直径或方度,单位:mm);扭力在1N.m左右的,选择57电机较为合适。扭力在几个N.m或更大的情况下,就要选择86、110、130等规格的步进电机。

  2、步过电机转速的选择

  对于电机的转速也要特别考虑。因为,电机的输出转矩,与转速成反比。就是说,步进电机在低速(每分钟几百转或更低转速,其输出转矩较大),在高速旋转状态的转矩(1000转/分--9000转)就很小了。当然,有些工况环境需要高速电机,就要对步进电动机的线圈电阻、电感等指标进行衡量。选择电感稍小一些的电机,作为高速电机,能够获得较大输出转矩。反之,要求低速大力矩的情况下,就要选择电感在十几或几十mH,电阻也要大一些为好。

  3、步进电机空载起动频率的选择

  步进电机空载起动频率,通常称为“空起频率”。这是选购电机比较重要的一项指标。如果要求在瞬间频繁启动、停止,并且,转速在1000转/分钟左右(或更高),通常需要“加速启动”。如果需要直接启动达到高速运转,最好选择反应式或永磁电机。这些电机的“空起频率”都比较高。

  4、步进电机的相数选择

  步进电机的相数选择,这项内容,很多客户几乎没有什么重视,大多是随便购买。其实,不同相数的电机,工作效果是不同的。相数越多,步距角就能够做的比较小,工作时的振动就相对小一些。大多数场合,使用两相电机比较多。在高速大力矩的工作环境,选择三相步进电机是比较实用的。

  5、针对步进电机使用环境来选择

  特种步进电机能够防水、防油,用于某些特殊场合。例如水下机器人,就需要放水电机。对于特种用途的电机,就要针对性选择了。

  6、根据您的实际情况可否需要特殊规格

  特殊规格的步进电机,请和我们沟通,在技术允许的范围内,加工订货。例如,出轴的直径、长短、伸出方向等。

  7、如有必要最好与鑫宝达电机的技术工程师进一步沟通与确认型号

  如有必要最好与我们鑫宝达电机的技术工程师进一步沟通,以便于确认你要选择的步进机电能否满足你所要求各方面的指标。

  

  步进电机选型几大误区盘点

  1、两相步进电机、三相步进电机与两相电220伏、三相电380伏之间的误区

  步进电机按照内部构造不同,可以分为两相步进电机、三相步进电机、五相步进电机,由于五相步进电机成本高,市场上很少出现,所以常用的就是两相步进电机和三相步进电机。很多客户刚接触步进,经常会误认为两相步进电机就是220伏供电,三相步进电机就是380伏供电,其实是错误的。我们说的两相三相步进电机是根据步进电机内部构造极对数来命名区分的,与220伏380伏供电没有任何关系。

  

  2、步进电机功率与扭矩之间的误区

  步进电机一般在较大范围内调速使用,通常只用力矩来衡量,而且速度越快力矩就会越小,其功率是变化的,所以步进电机没有功率这一说法,只说保持转矩,有些客户为了取代以往的普通的电机,想选个和以前大约差不多的功率的电机,这里有这样一个大约的公式。

  力矩与功率换算如下:

  ∵P=Ω.M

  Ω=2П.n/60

  ∴P=2П.n.M/60,≈n.M/10 功率≈转速*转矩/10

  其中P为功率,单位为瓦,Ω为每秒角速度,单位为弧度,n为每分钟转速,M为力矩,单位为N.m。

  3、步进电机供电的误区

  步进电机如果正常运转,必须与步进电机驱动器和发脉冲的控制器同时使用,而步进电机是不需要直接接电源的,步进电机的出线直接和驱动器连接,我们通常所说的供电电压是指给驱动器的供电电压,有很多客户希望直接用220V的电压来供电,方便快捷,但是不是所有步进电机都能实现,一般三相大功率的110步进电机所配驱动器MA-3208是可以直接220V供电的,其余的小功率的电机驱动器都是要配一个开关电源或者变压器的。

  4、步进电机命名的误区

  目前国内步进电机的命名方式可谓多种多样,没有一个统一的国标,各个厂家都以自己的方式命名,有很多客户直接会问有没有什么什么型号的步进电机,如果想找到一模一样命名方式的电机替代,只有找原厂家。其实各个厂家步进电机都是一样的,只是名字不同,我们只要抓住关键参数,法兰边长,保持转矩,电机机身长度,步距角就可以确定可以替代的电机了。

  5、步进电机基本步距角与细分之间的误区

  步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术,其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动,提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。细分后电机运行时的实际步距角是基本步距角的几分之一。(两相步进电机的基本步距角是1.8°,即一个脉冲走1.8°,如果没有细分,则是200个脉冲走一圈360°,细分是通过驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的,与电机无关,如果是10细分,则发一个脉冲电机走0.18°,即2000个脉冲走一圈360°,电机的精度能否达到或接近0.18°,还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大;细分数越大精度越难控制。以次类推。三相步进电机的基本步距角是1.2°,即一个脉冲走1.2°,如果没有细分,则是300个脉冲走一圈360°,如果是10细分,则发一个脉冲,电机走0.12°,即3000个脉冲走一圈360°,以次类推。


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