如何選擇合適的步進(jìn)電機(jī).doc

如何選擇合適的步進(jìn)電機(jī) 2004年3月14日1. 負(fù)載分類：（1）Tf力矩負(fù)載：Tf = Gr G 重物重量 r 半徑 （2）TJ慣性負(fù)載：J = M（R12+R22）/ 32 （Kgcm）M：質(zhì)量R1：外徑R2：內(nèi)徑TJ = Jdw/dt dw/dt 為角加速度2.力矩曲線圖的說明力矩曲線圖是步進(jìn)電機(jī)輸出特性的重要表現(xiàn)，以下是我們對(duì)其中關(guān)鍵詞語的解釋。說明：1. 工作頻率點(diǎn)： 表示步進(jìn)電機(jī)在該點(diǎn)的轉(zhuǎn)速值。單位：Hzn=*Hz / （360*D）n 轉(zhuǎn)/秒Hz 該點(diǎn)的頻率值D 電路的細(xì)分值， 步進(jìn)電機(jī)的步距角例：1.8步進(jìn)電機(jī)，在1/2細(xì)分驅(qū)動(dòng)的情況下（即每步0.9）500Hz 時(shí)，其速度是 1.25轉(zhuǎn)/秒2. 起動(dòng)區(qū)域： 步進(jìn)電機(jī)可以直接起動(dòng)或停止的區(qū)域。3. 運(yùn)行區(qū)域： 在這個(gè)區(qū)域里，電機(jī)不能直接運(yùn)行，必須先要在起動(dòng)區(qū)域 內(nèi)起動(dòng)，然后通過加速的方式，才能到達(dá)該工作區(qū)域內(nèi)。同樣，在該區(qū)域內(nèi)，電機(jī)也不能直接制動(dòng)，否則就會(huì)造成失步，必須通過減速的方式到起動(dòng)區(qū)域內(nèi)，在進(jìn)行制動(dòng)。4. 最大起動(dòng)頻率點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)在空載情況下，最大的直接起動(dòng)速度點(diǎn)。5. 最大運(yùn)行頻率點(diǎn)：步進(jìn)電機(jī)在空載情況下，可以達(dá)到的最大的運(yùn)行速度點(diǎn)。6. 起動(dòng)力矩：步進(jìn)電機(jī)在特定的工作頻率點(diǎn)下，直接起動(dòng)可帶動(dòng)的最大力矩負(fù)載值。7. 運(yùn)行力矩：步進(jìn)電機(jī)在特定的工作頻率點(diǎn)下，運(yùn)行中可帶動(dòng)的最大力矩負(fù)載值。由于運(yùn)動(dòng)慣性的原因，所以，運(yùn)行力矩要比起動(dòng)力矩大。3 加速和減速運(yùn)動(dòng)的控制當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的工作頻率點(diǎn)在力矩曲線圖的運(yùn)行區(qū)域內(nèi)時(shí)，如何在最短的時(shí)間內(nèi)加速，減速就成了關(guān)鍵。如下圖示，步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)力矩特性一般在低速時(shí)為水平直線狀，在高速時(shí)，由于電感的影響，很快下滑。（1）直線加速運(yùn)動(dòng)已知電機(jī)負(fù)載為TL，要從F0 在最短時(shí)間tr內(nèi)加速到F1，求tr 和 加速脈頻率F（t）A確定TJ，一般TJ =70% Tm。Btr = 1.8*10-5*J*（F1-F0）/ （TJ-TL）C.（）（） ， 0 t tr （）指數(shù)加速運(yùn)動(dòng)已知電機(jī)負(fù)載為TL，要從F0 在最短時(shí)間tr內(nèi)加速到F1，求tr 和 加速脈頻率F（t）A.確定TJ，一般TJ =70% Tm,TJ =70% Tm,TL=60%Tm1Btr = F4*ln(TJ0-TL)/(TJ1-TL)C.（）F2*1-e(-t/F4) ， 0 t tr 其中，F(xiàn)2=(TL-TJ0)*(F1-F0)/(TJ1-TJ0)F4=1.8*10-5*J*F2 /( TJ0-TL)J 為電機(jī)轉(zhuǎn)子和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為每一步的度數(shù)，整步運(yùn)行時(shí)為電機(jī)步距角。至于減速的控制，只要將上訴的加速脈頻率反過來進(jìn)行即可。 4 振動(dòng)和噪音一般來說，步進(jìn)電機(jī)在空載運(yùn)行時(shí)，在200pps左右會(huì)有一個(gè)很嚴(yán)重的振動(dòng)，甚至?xí)a(chǎn)生失步的現(xiàn)象，這是由于電機(jī)轉(zhuǎn)子是一個(gè)有質(zhì)量的物體，當(dāng)電機(jī)運(yùn)行的頻率接近到轉(zhuǎn)子的固有頻率，振動(dòng)就產(chǎn)生了，一般有幾種解決的辦法：1. 避開振動(dòng)區(qū)，使電機(jī)的工作頻率不在這個(gè)范圍內(nèi)。2. 采用細(xì)分的驅(qū)動(dòng)方式，使原來1步完成的動(dòng)作分幾步完成，減少振動(dòng)，一般半步運(yùn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)的力矩比整步時(shí)少15%，采用正弦波電流控制時(shí)，力矩減小為30%。步進(jìn)電機(jī)選型指南 2004年3月15日何為步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)是一種專門用于位置和速度精確控制的特種電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)的最大特點(diǎn)是其“數(shù)字性”，對(duì)于微電腦發(fā)過來的每一個(gè)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)在其驅(qū)動(dòng)器的推動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)固定角度（簡(jiǎn)稱一步），如下圖所示。如接收到一串脈沖步進(jìn)電機(jī)將連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)一段相應(yīng)距離。同時(shí)您可通過控制脈沖頻率，直接對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行控制。由于步進(jìn)電機(jī)工作原理易學(xué)易用，成本低（相對(duì)于伺服）、電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器不易損壞，非常適合于微電腦和單片機(jī)控制，因此近年來在各行各業(yè)的控制設(shè)備中獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。步進(jìn)電機(jī)的種類和特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上有三種主要類型：反應(yīng)式（Variable Reluctance，VR）、永磁式（Permanent Magnet,PM）和混合式(Hybrid Stepping,HS)。 反應(yīng)式：定子上有繞組、轉(zhuǎn)子由軟磁材料組成。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、步距角小，可達(dá)1.2、但動(dòng)態(tài)性能差、效率低、發(fā)熱大，可靠性難保證。 永磁式： 永磁式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子用永磁材料制成，轉(zhuǎn)子的極數(shù)與定子的極數(shù)相同。其特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性能好、輸出力矩大，但這種電機(jī)精度差，步矩角大（一般為7.5或15）。 混合式： 混合式步進(jìn)電機(jī)綜合了反應(yīng)式和永磁式的優(yōu)點(diǎn)，其定子上有多相繞組、轉(zhuǎn)子上采用永磁材料，轉(zhuǎn)子和定子上均有多個(gè)小齒以提高步矩精度。其特點(diǎn)是輸出力矩大、動(dòng)態(tài)性能好，步矩角小，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本相對(duì)較高。 按定子上繞組來分，共有二相、三相和五相等系列。最受歡迎的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，約占 97% 以上的市場(chǎng)份額，其原因是性價(jià)比高，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后效果良好。該種電機(jī)的基本步矩角為1.8/步，配上半步驅(qū)動(dòng)器后，步矩角減少為0.9，配上細(xì)分驅(qū)動(dòng)器后其步矩角可細(xì)分達(dá)256倍（0.007）。由于摩擦力和制造精度等原因，實(shí)際控制精度略低。同一步進(jìn)電機(jī)可配不同細(xì)分的驅(qū)動(dòng)器以改變精度和效果。雷賽步進(jìn)電機(jī)雷賽精密電機(jī)廠引進(jìn)美國技術(shù)生產(chǎn)的步進(jìn)電機(jī)，采用優(yōu)質(zhì)冷軋鋼片和耐高溫永磁體，具有溫升低、可靠性高等特點(diǎn)。由于其具有良好的內(nèi)部阻尼特性，因而運(yùn)行平穩(wěn)，無明顯震蕩區(qū)。命名規(guī)則上例表示機(jī)座號(hào)為57mm,兩相混合式,步距角為1.8度,扭矩0.9Nm，設(shè)計(jì)序號(hào)01，單邊出軸的電機(jī)。 選型列表外型型號(hào)靜扭矩(Nm)步距角()引數(shù)相電流(A)電阻()電感(mH)長(zhǎng)度L(mm)轉(zhuǎn)子慣量(g.cm2)重量(Kg)適配驅(qū)動(dòng)器串聯(lián)并聯(lián)3535HS010.071.840.4358.028120.17M415,M4203939HS020.0651.840.6151634200.18M415,M4204242HS020.221.840.412.52140570.24M415,M42042HS030.341.880.71.44.64.048820.34M415,M4205757HS060.61.881.42.81.351.8551450.6M420,M53557HS090.91.882.03.50.81.2542600.6M535,M86057HSM090.80.981.42.81.82.5542600.6M535,M86057HS131.31.882.03.51.02.1764601.0M535,M86057HS222.21.882.04.00.671.8764801.1M535,M8608686HS3531.882.03.51.43.9658002.0M535,M86086HS454.51.883.05.90.83.579.514002.3M535,M86086HS858.51.883.57.00.955.211828003.8M860,MA1080110110HS12121.845.00.95159955005.0M860,MA1080110HS20201.846.51.1518.9150110008.4M860,MA1080130130HS27271.846.00.6513.82273500013M860,MA1080130HS45451.847.00.99.52834840019M860,MA1080 小體積，高力矩，品種齊全 可為批量用戶定制非標(biāo)電機(jī) ISO9001：2000質(zhì)量體系 大量出口歐洲、美國等地 三相步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一，廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中，現(xiàn)在常用的步進(jìn)電機(jī)有：反應(yīng)式、永磁式、混合式和單相式步進(jìn)電機(jī)等。市場(chǎng)上現(xiàn)階段以兩相、五相混合式步進(jìn)電機(jī)獲得較多的應(yīng)用。為了進(jìn)一步改進(jìn)步進(jìn)系統(tǒng)的控制效果，雷賽公司推出了比兩相和五相性能更加優(yōu)越的三相混合式進(jìn)電機(jī)和三相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器。由于三相步進(jìn)系統(tǒng)采用正弦電流驅(qū)動(dòng)工作方式，應(yīng)用交流伺服原理控制，因此具有高轉(zhuǎn)矩、低震動(dòng)、發(fā)熱小、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。更好地解決了傳統(tǒng)步進(jìn)電機(jī)低速爬行、有共振區(qū)、噪音大、高速扭矩小、起動(dòng)頻率低和驅(qū)動(dòng)器可靠性差等缺點(diǎn)，具有交流伺服電機(jī)的某些運(yùn)行特性。雷賽公司三相步進(jìn)系統(tǒng)產(chǎn)品地運(yùn)行效果可與進(jìn)口產(chǎn)品相媲美。外型型號(hào)靜扭矩(Nm)步距角()引線 相電流(A)電阻()電感(mH)長(zhǎng)度L(mm)轉(zhuǎn)子慣量(g.cm2)重量(Kg)適配驅(qū)動(dòng)器57573S050.61.263.51.31.7501100.63MD560573S090.91.265.60.71.7563001.03MD560573S151.51.265.80.71.35764801.03MD56086863S222.261.265.00.962.47111001.73MD2280863S424.261.265.01.24.210323202.853MD2280863S68H6.781.262.37.63313533004.03MD2280怎樣選擇步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器 判斷需多大力矩：靜扭矩是選擇步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)之一。負(fù)載大時(shí)，需采用大力矩電機(jī)。力矩指標(biāo)大時(shí)，電機(jī)外形也大。 判斷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度：轉(zhuǎn)速要求高時(shí)，應(yīng)選相電流較大的電機(jī)，以增加功率輸入。且在選擇驅(qū)動(dòng)器時(shí)采用較高供電電壓。 選擇電機(jī)的安裝規(guī)格：如57，86，110等，主要與力矩要求有關(guān)。 確定定位精度和振動(dòng)方面的要求情況：判斷是否需細(xì)分，需多少細(xì)分。 根據(jù)電機(jī)的電流、細(xì)分和供電電壓選擇驅(qū)動(dòng)器。 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器選型指南 2004年3月15日步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器是步進(jìn)系統(tǒng)中的核心組件之一。如下圖所示，它按照控制器發(fā)來的脈沖/方向指令（弱電信號(hào)）對(duì)電機(jī)線圈電流（強(qiáng)電）進(jìn)行控制，從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)軸的位置和速度。雷賽驅(qū)動(dòng)器全部采用先進(jìn)的雙極恒流斬波方式對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器工作模式有三種基本的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)模式：整步、半步、細(xì)分。其主要區(qū)別在于電機(jī)線圈電流的控制精度（即激磁方式）。 整步驅(qū)動(dòng)在整步運(yùn)行中，同一種步進(jìn)電機(jī)既可配整/半步驅(qū)動(dòng)器也可配細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，但運(yùn)行效果不同。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器按脈沖/方向指令對(duì)兩相步進(jìn)電機(jī)的兩個(gè)線圈循環(huán)激磁（即將線圈充電設(shè)定電流），這種驅(qū)動(dòng)方式的每個(gè)脈沖將使電機(jī)移動(dòng)一個(gè)基本步距角，即1.80度 (標(biāo)準(zhǔn)兩相電機(jī)的一圈共有200個(gè)步距角)。 半步驅(qū)動(dòng)在單相激磁時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)軸停至整步位置上，驅(qū)動(dòng)器收到下一脈沖后，如給另一相激磁且保持原來相繼處在激磁狀態(tài)，則電機(jī)轉(zhuǎn)軸將移動(dòng)半個(gè)步距角，停在相鄰兩個(gè)整步位置的中間。如此循環(huán)地對(duì)兩相線圈進(jìn)行單相然后雙相激磁步進(jìn)電機(jī)將以每個(gè)脈沖0.90度的半步方式轉(zhuǎn)動(dòng)。所有雷賽公司的整/半步驅(qū)動(dòng)器都可以執(zhí)行整步和半步驅(qū)動(dòng)，由驅(qū)動(dòng)器撥碼開關(guān)的撥位進(jìn)行選擇。和整步方式相比，半步方式具有精度高一倍和低速運(yùn)行時(shí)振動(dòng)較小的優(yōu)點(diǎn)，所以實(shí)際使用整/半步驅(qū)動(dòng)器時(shí)一般選用半步模式。 細(xì)分驅(qū)動(dòng)細(xì)分驅(qū)動(dòng)模式具有低速振動(dòng)極小和定位精度高兩大優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于有時(shí)需要低速運(yùn)行（即電機(jī)轉(zhuǎn)軸有時(shí)工作在60rpm以下）或定位精度要求小于0.90度的步進(jìn)應(yīng)用中，細(xì)分驅(qū)動(dòng)器獲得廣泛應(yīng)用。其基本原理是對(duì)電機(jī)的兩個(gè)線圈分別按正弦和余弦形的臺(tái)階進(jìn)行精密電流控制，從而使得一個(gè)步距角的距離分成若干個(gè)細(xì)分步完成。如上圖所示。例如十六細(xì)分的驅(qū)動(dòng)方式可使每圈200標(biāo)準(zhǔn)步的步進(jìn)電機(jī)達(dá)到每圈200*16=3200步的運(yùn)行精度（即0.1125）。雷賽公司可提供規(guī)格齊全、性能優(yōu)越、品質(zhì)可靠、價(jià)格優(yōu)惠的十余款細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。 雷賽步進(jìn)驅(qū)動(dòng)技術(shù) 雷賽公司作為中國最主要的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器生產(chǎn)廠家之一，大批量生產(chǎn)高性價(jià)比兩相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，適配各種4，6，8 線國產(chǎn)和進(jìn)口電機(jī)。其中部分型號(hào)采用美國專利技術(shù)，性能極其優(yōu)越。另有數(shù)款由本公司自主開發(fā)且獲中國專利的產(chǎn)品其性價(jià)比更富吸引力。選型列表相數(shù) 型號(hào)電流電壓細(xì)分?jǐn)?shù)適配電機(jī)重量外型尺寸(mm)控制信號(hào)二相細(xì)分系列M415B0-1.5ADC(18-40V)1-6439,42115g865520單端M3250-2.5ADC(12-32V)1-842,57115g865520單端M4200-2.0ADC(18-40V)2-128,5-12542,57299g957645單端M5420-4.2ADC(20-50V)2-128,5-12542,57,86260g11875.533差分M5351.3-3.5ADC(24-46V)2-256,5-12557,86335g1327645差分MD7560-5.6ADC(20-75V)2-128,5-12542,57260g 11875.533 差分MD556DC(20-50V)M8600-6.0ADC(24-90V)1-857,86683g15110056差分M8800-7.8ADC(24-90V)2-256,5-12586,110440g1199748 差分M8400-4.0A342g1199731MA10800-8.0AAC(80-100V)2-12886,1301473g17611190差分MD22780-7.8AAC(80-220V)2-50110,1301050g212158.713.5差分整半步系列H4200-2.0ADC(18-40V)1/242,57293g957645差分HA3350-3.5ADC(18-40V)AC(16-29V) 1/257,86360g1267645差分H860B0-6.0ADC(24-80V)1/286,110542g15110