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

　　步進(jìn)電機(jī)是一種感應(yīng)電機(jī)，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(jī)供電，步進(jìn)電機(jī)才能正常工作，驅(qū)動(dòng)器就是為步進(jìn)電機(jī)分時(shí)供電的，多相時(shí)序控制器。

　　步進(jìn)電機(jī)又稱為脈沖電機(jī)，基于最基本的電磁鐵原理，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，其動(dòng)作原理是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。其原始模型是起源于年至年間。年前后開始以控制為目的的嘗試，應(yīng)用于氫弧燈的電極輸送機(jī)構(gòu)中。這被認(rèn)為是最初的步進(jìn)電機(jī)。二十世紀(jì)初，在電話自動(dòng)交換機(jī)中廣泛使用了步進(jìn)電機(jī)。由于西方資本主義列強(qiáng)爭奪殖民地，步進(jìn)電機(jī)在缺乏交流電源的船舶和飛機(jī)等獨(dú)立系統(tǒng)中得到了廣泛的使用。二十世紀(jì)五十年代后期晶體管的發(fā)明也逐漸應(yīng)用在步進(jìn)電機(jī)上，對于數(shù)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(jì)算機(jī)以多功能的姿態(tài)出現(xiàn)，步進(jìn)電機(jī)的控制方式更加靈活多樣。

　　步進(jìn)電機(jī)的使用特性與工作特點(diǎn)

　　1、工作特點(diǎn)

　?。?）步進(jìn)電機(jī)受控于脈沖電流，其輸出的角位移嚴(yán)格與輸入脈沖的數(shù)量成正比，角速度嚴(yán)格與頻率成正比，改變通電順序即可改變電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向；

　?。?）若維持通電繞組的電流不變，電機(jī)便停在某一位置不動(dòng)，即步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力，不需機(jī)械制動(dòng)；

　?。?）有一定的步距精度，沒有累積誤差；

　?。?）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(zhí)行部件的定位精度。步進(jìn)電機(jī)單相通電時(shí)，步距誤差決定于定子和轉(zhuǎn)子的分齒精度、各相定子錯(cuò)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(jī)的步距誤差一般為±10′～±15′，功率步進(jìn)電機(jī)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(jī)由靜止突然啟動(dòng)，并不失步地進(jìn)入穩(wěn)速運(yùn)行，所允許的啟動(dòng)頻率的最高值稱為最高啟動(dòng)頻率。啟動(dòng)頻率大于此值時(shí)步進(jìn)電機(jī)便不能正常運(yùn)行。最高啟動(dòng)頻率fg與步進(jìn)電機(jī)的慣性負(fù)載J 有關(guān)，J增大則fg將下降。國產(chǎn)步進(jìn)電機(jī)的fg最大可超過5000Hz，功率步進(jìn)電機(jī)的fg一般為1000～3000Hz。步進(jìn)電機(jī)連續(xù)運(yùn)行時(shí)所能接受的最高頻率稱為最高工作頻率它與步距角一起決定執(zhí)行部件的最大運(yùn)動(dòng)速度，也和fg一樣決定于負(fù)載慣量J，還與定子相數(shù)、通電方式、控制電路的功率放大級等因素有關(guān)。

　?。?）輸出的轉(zhuǎn)矩-頻率特性

　　步進(jìn)電機(jī)的定子繞組本身就是一個(gè)電感性負(fù)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(jī)最高工作頻率的輸出轉(zhuǎn)矩只能達(dá)到低頻轉(zhuǎn)矩的40%～50%，應(yīng)根據(jù)負(fù)載要求參照高頻輸出轉(zhuǎn)矩來選用步進(jìn)電機(jī)的規(guī)格。

　　步進(jìn)電機(jī)的選用選型及其注意事項(xiàng)

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

　　1、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇

　　步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩，近似于傳統(tǒng)電機(jī)所稱的“功率”。當(dāng)然，有著本質(zhì)的區(qū)別。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的物理結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流電機(jī)，電機(jī)的輸出功率是可變的。通常根據(jù)需要的轉(zhuǎn)矩大?。此獛?dòng)物體的扭力大?。?，來選擇哪種型號的電機(jī)。大致說來，扭力在0.8N.m以下，選擇20、28、35、39、42（電機(jī)的機(jī)身直徑或方度，單位：mm）;扭力在1N.m左右的，選擇57電機(jī)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(guī)格的步進(jìn)電機(jī)。

　　2、步過電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇

　　對于電機(jī)的轉(zhuǎn)速也要特別考慮。因?yàn)?，電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速成反比。就是說，步進(jìn)電機(jī)在低速（每分鐘幾百轉(zhuǎn)或更低轉(zhuǎn)速，其輸出轉(zhuǎn)矩較大），在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩（1000轉(zhuǎn)/分--9000轉(zhuǎn)）就很小了。當(dāng)然，有些工況環(huán)境需要高速電機(jī)，就要對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的線圈電阻、電感等指標(biāo)進(jìn)行衡量。選擇電感稍小一些的電機(jī)，作為高速電機(jī)，能夠獲得較大輸出轉(zhuǎn)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(jī)空載起動(dòng)頻率的選擇

　　步進(jìn)電機(jī)空載起動(dòng)頻率，通常稱為“空起頻率”。這是選購電機(jī)比較重要的一項(xiàng)指標(biāo)。如果要求在瞬間頻繁啟動(dòng)、停止，并且，轉(zhuǎn)速在1000轉(zhuǎn)/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(dá)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)，最好選擇反應(yīng)式或永磁電機(jī)。這些電機(jī)的“空起頻率”都比較高。

　　4、步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)選擇

　　步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)選擇，這項(xiàng)內(nèi)容，很多客戶幾乎沒有什么重視，大多是隨便購買。其實(shí)，不同相數(shù)的電機(jī)，工作效果是不同的。相數(shù)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(shù)場合，使用兩相電機(jī)比較多。在高速大力矩的工作環(huán)境，選擇三相步進(jìn)電機(jī)是比較實(shí)用的。

　　5、針對步進(jìn)電機(jī)使用環(huán)境來選擇

　　特種步進(jìn)電機(jī)能夠防水、防油，用于某些特殊場合。例如水下機(jī)器人，就需要放水電機(jī)。對于特種用途的電機(jī)，就要針對性選擇了。

　　6、根據(jù)您的實(shí)際情況可否需要特殊規(guī)格

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

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

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

　　步進(jìn)電機(jī)的選擇

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

　　1、步距角的選擇

　　電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率（當(dāng)量）換算到電機(jī)軸上，每個(gè)當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度（包括減速）。電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般有0.36度/0.72度（五相電機(jī)）、0.9度/1.8度（二、四相電機(jī)）、1.5度/3度（三相電機(jī)）等。

　　2、靜力矩的選擇

　　步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的靜力矩。靜力矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(dòng)時(shí)（一般由低速）時(shí)二種負(fù)載均要考慮，加速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行進(jìn)只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍內(nèi)好，靜力矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來（幾何尺寸）

　　3、電流的選擇

　　靜力矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流（參考驅(qū)動(dòng)電源、及驅(qū)動(dòng)電壓）

　　4、力矩與功率換算

　　步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，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(zhuǎn)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(shù)（簡稱PPS）

　　應(yīng)用中的注意點(diǎn)

　　1、步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場合---每分鐘轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)，（0.9度時(shí)6666PPS），最好在1000-3000PPS（0.9度）間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時(shí)電機(jī)工作效率高，噪音低。

　　2、步進(jìn)電機(jī)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(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動(dòng)電壓伏值 ，可根據(jù)驅(qū)動(dòng)器選擇驅(qū)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(dāng)然12伏的電壓除12V恒壓驅(qū)動(dòng)外也可以采用其他驅(qū)動(dòng)電源，不過要考慮溫升。

　　4、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座號電機(jī)。

　　5、電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)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(jī)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(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度，或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動(dòng)器來解決，也可以采用5相電機(jī)，不過其整個(gè)系統(tǒng)的價(jià)格較貴，生產(chǎn)廠家少，其被淘汰的說法是外行話。