看點01步進電機分類

    步進電機分三種：永磁式（PM）、反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）。

    永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步距角一般為7.5度或15度。

    反應(yīng)式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步距角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大，在歐美等發(fā)達國家80年代已被淘汰。

    混合式步進是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點，它又分為兩相和五相：兩相步距角一般為1.8度，而五相步距角一般為0.72度，山洋步進電機均為這種步進電機。

    看點02步進電機選型

計算方法

    步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（即步距角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達到調(diào)速的目的。

    步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點，廣泛應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設(shè)備、復(fù)印機、傳真機等。

    選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的余量保證其運行可靠。

    在實際工作過程中，各種頻率下的負載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負載力矩大。

    選擇步進電機時，應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進電機的細分驅(qū)動來完成。但細分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。

    注：步距角定義上文已解釋，對于步距角為1.8度的步進電機（小電機），轉(zhuǎn)一圈所用的脈沖數(shù)為n=360/1.8=200個脈沖。

    選擇功率步進電機時，應(yīng)當估算機械負載的負載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。

    選擇步進電機需要進行以下計算：

    （1）計算齒輪的減速比根據(jù)所要求脈沖當量，齒輪減速比i:

    i=(φ.S)/(360.Δ)　（1-1）

    式中，φ-步進電機的步距角（o/脈沖）

    S-絲桿螺距（mm)

    Δ-(mm/脈沖）

    （2）計算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機軸上的慣量Jt：

    Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2]（1-2）

    式中，Jt-折算至電機軸上的慣量(Kg.cm.s2)

    J1、J2-齒輪慣量(Kg.cm.s2)

    Js-絲桿慣量(Kg.cm.s2)

    W-工作臺重量（N）

    S-絲桿螺距（cm）

    （3）計算電機輸出的總力矩M：

    M=Ma+Mf+Mt（1-3）

    Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2（1-4）

    式中，Ma-電機啟動加速力矩（N.m)

    Jm、Jt-電機自身慣量與負載慣量(Kg.cm.s2)

    n-電機所需達到的轉(zhuǎn)速（r/min）

    T電機升速時間（s）

    Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2（1-5）

    式中，Mf-導(dǎo)軌摩擦折算至電機的轉(zhuǎn)矩（N.m)

    u-摩擦系數(shù)

    η-傳遞效率

    Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2（1-6）

    式中，Mt-切削力折算至電機力矩（N.m)

    Pt-最大切削力（N）

    （4）負載起動頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機的啟動頻率與負載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為

    fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml）÷(1+Jt/Jm)]1/2（1-7）

    式中，fq-帶載起動頻率（Hz）

    fq0-空載起動頻率（Hz）

    Ml-起動頻率下由矩頻特性決定的電機輸出力矩（N.m)若負載參數(shù)無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進行估算.

    （5）運行的最高頻率與升速時間的計算。由于電機的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率時，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動負載，并留有足夠的余量。

    （6）負載力矩和最大靜力矩Mmax。負載力矩可按式（1-5）和式（1-6）計算，電機在最大進給速度時，由矩頻特性決定的電機輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來說，Mf與Mt之和應(yīng)小于（0.2～0.4）Mmax。

    看點03驅(qū)動器的直流供電電源

    A、電壓的確定：混合式步進電機驅(qū)動器的供電電源電壓一般是一個較寬的范圍（比如PMM-BD-5702的供電電壓為24～36VDC），電源電壓通常根據(jù)電機的工作轉(zhuǎn)速和響應(yīng)要求來選擇。如果電機工作轉(zhuǎn)速較高或響應(yīng)要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過驅(qū)動器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅(qū)動器。

    B、電流的確定：供電電源電流一般根據(jù)驅(qū)動器的輸出相電流I來確定。如果采用線性電源，電源電流一般可取I的1.1～1.3倍；如果采用開關(guān)電源，電源電流一般可取I的1.5～2.0倍。

    看點04步進電機精度

    步進電機精度為步距角的3-5%，只有周期性的誤差，且不累積。

    看點05步進電機的外表溫度

    步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機磁性材料的退磁點。一般來講，磁性材料的退磁點都在攝氏130度以上，有的甚至高達攝氏200度以上，所以步進電機外表溫度在攝氏80-90度完全正常。

    看點06步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降

    當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。

    看點07步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn)

    步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲，步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。

    在有負載的情況下，啟動頻率應(yīng)更低。如果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。

    看點08如何克服步進電機在低速時振動和噪聲

    步進電機低速轉(zhuǎn)動時振動和噪聲大是其固有的缺點，一般可采用以下方案來克服：

    A、如步進電機正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比等機械傳動避開共振區(qū)；

    B、采用帶有細分功能的驅(qū)動器，這是最常用的、最簡便的方法；

    C、換成步距角更小的步進電機，如三相或五相步進電機；

    D、換成交流伺服電機，幾乎可以完全克服震動和噪聲，但成本較高；

    E、在電機軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產(chǎn)品，但機械結(jié)構(gòu)改變較大。

    看點09驅(qū)動器的細分數(shù)是否代表精度

    步進電機的細分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)，其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)的一個附帶功能。細分后電機運行時的實際步距角是基本步距角的幾分之一。

    比如對于步距角為1.8°的兩相混合式步進電機，如果細分驅(qū)動器的細分數(shù)設(shè)置為4，那么電機的運轉(zhuǎn)分辨率為每個脈沖0.45°，電機的精度能否達到或接近0.45°，還取決于細分驅(qū)動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大；細分數(shù)越大精度越難控制。

    注：步進電機驅(qū)動器的細分越高，步進電機的精度就越高，其實這是一種錯誤的觀念。比如步進電機驅(qū)動器細分較高的可以達到60000個脈沖一轉(zhuǎn)，而步進電機實際是無法分辨這個精度的，當驅(qū)動器設(shè)置為60000個脈沖/轉(zhuǎn)的時候，步進電機驅(qū)動器接受好幾個脈沖，步進電機才走一步，這樣并不能提高步進電機的精度。

    看點10保持轉(zhuǎn)矩

    保持轉(zhuǎn)矩（HOLDINGTORQUE）是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。

    由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機最重要的參數(shù)之一。比如，當人們說2N.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進電機。

    看點11合式步進電機驅(qū)動器的脫機信號FREE

    當脫機信號FREE為低電平時，驅(qū)動器輸出到電機的電流被切斷，電機轉(zhuǎn)子處于自由狀態(tài)（脫機狀態(tài)）。在有些自動化設(shè)備中，如果在驅(qū)動器不斷電的情況下要求直接轉(zhuǎn)動電機軸（手動方式），就可以將FREE信號置低，使電機脫機，進行手動操作或調(diào)節(jié)。手動完成后，再將FREE信號置高，以繼續(xù)自動控制。

    看點12如何簡單的調(diào)整兩相步進電機轉(zhuǎn)動方向

    只需將電機與驅(qū)動器接線的A+和A-（或者B+和B-）對調(diào)即可。