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標題: 步進電機的選用計算方法 [打印本頁]
作者: ENCO    時間: 2010-4-25 20:00
標題: 步進電機的選用計算方法
步進電機的選用計算方法
作者：    發布時間：2009-2-18 14:01:05    閱讀次數：1725
　1、 步進電機的選用計算方法
　　步進電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。通俗一點講：當步進驅動器接收到一個脈沖信號，它就驅動步進電機按設定的方向轉動一個固定的角度（及步進角）。您可以通過控制脈沖個數來控制角位移量，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動的速度和加速度，從而達到調速的目的。步進電機是機電一體化產品中關鍵部件之一，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，廣泛應用于機電一體化產品中，如：數控機床、包裝機械、計算機外圍設備、復印機、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的負載轉矩，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。 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，應使步距角和機械系統匹配，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程，二是可以通過步進電機的細分驅動來完成。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。
選擇功率步進電機時，應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 根據所要求脈沖當量，齒輪減速比i計算如下:
　　　　　　　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）
　　?。?）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-電機所需達到的轉速（r/min）
　　　　　　　　　　　　　T---電機升速時間（s）
　　　　　　　Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-5） 　　　Mf-導軌摩擦折算至電機的轉矩（N.m)　 u-摩擦系數 　η-傳遞效率
　　　　　　　Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-6）　　　　Mt-切削力折算至電機力矩（N.m) 　　　Pt-最大切削力（N）
　　?。?）負載起動頻率估算。數控系統控制電機的啟動頻率與負載轉矩和慣量有很大關系，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
　　　　　　　　　　　Ml---起動頻率下由矩頻特性決定的電機輸出力矩（N.m) 若負載參數無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進行估算.
　　?。?）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能驅動負載，并留有足夠的余量。
　　?。?）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之和應小于（0.2 ～0.4）Mmax。
　　2、 步進電機分類
　　步進電機分三種：永磁式（PM）、反應式（VR）和混合式（HB）。永磁式步進一般為兩相，轉矩和體積較小，步進角一般為7.5度或15度；反應式步進一般為三相，可實現大轉矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大，在歐美等發達國家80年代已被淘汰；混合式步進是指混合了永磁式和反應式的優點，它又分為兩相和五相：兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為0.72度，山洋步進電機均為這種步進電機。
　　3、保持轉矩（HOLDING TORQUE）　　
　　保持轉矩（HOLDING TORQUE）是指步進電機通電但沒有轉動時，定子鎖住轉子的力矩。它是步進電機最重要的參數之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉矩。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，所以保持轉矩就成為了衡量步進電機最重要的參數之一。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矩為2N.m的步進電機。
　　4、步進電機精度為步進角的3-5%， 只有周期性的誤差，且不累積。
　　5、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，從而導致力矩下降乃至于失步，因此電機外表允許的最高溫度應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。
　　6、步進電機的力矩會隨轉速的升高而下降
　　當步進電機轉動時，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，從而導致力矩下降。
　　7、步進電機低速時可以正常運轉,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參數：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，可能發生丟步或堵轉。在有負載的情況下，啟動頻率應更低。如果要使電機達到高速轉動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉速從低速升到高速）。
　　8、如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉時的振動和噪聲
　　步進電機低速轉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，可通過改變減速比等機械傳動避開共振區；
　　　B.采用帶有細分功能的驅動器，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，市場上已有這種產品，但機械結構改變較大。
　　9、細分驅動器的細分數是否能代表精度
　　步進電機的細分技術實質上是一種電子阻尼技術（請參考有關文獻），其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉精度只是細分技術的一個附帶功能。比如對于步進角為1.8° 的兩相混合式步進電機，如果細分驅動器的細分數設置為4，那么電機的運轉分辨率為每個脈沖0.45°，電機的精度能否達到或接近0.45°，還取決于細分驅動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅動器精度可能差別很大；細分數越大精度越難控制。
　　10、步進電機驅動器的直流供電電源
　　A.電壓的確定： 混合式步進電機驅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），電源電壓通常根據電機的工作轉速和響應要求來選擇。如果電機工作轉速較高或響應要求較快，那么電壓取值也高，但注意電源電壓的紋波不能超過驅動器的最大輸入電壓，否則可能損壞驅動器。
　　B.電流的確定：供電電源電流一般根據驅動器的輸出相電流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；如果采用開關電源，電源電流一般可取I 的1.5～2.0倍。
　　11、混合式步進電機驅動器的脫機信號FREE
　　當脫機信號FREE為低電平時，驅動器輸出到電機的電流被切斷，電機轉子處于自由狀態（脫機狀態）。在有些自動化設備中，如果在驅動器不斷電的情況下要求直接轉動電機軸（手動方式），就可以將FREE信號置低，使電機脫機，進行手動操作或調節。手動完成后，再將FREE信號置高，以繼續自動控制。
　　12、如何用簡單的方法調整兩相步進電機通電后的轉動方向
　　只需將電機與驅動器接線的A+和A-（或者B+和B-）對調即可。
作者: twange    時間: 2010-4-25 20:38
學習了，頂一個。。。。
作者: zn0418    時間: 2010-4-25 23:03
好東西！呵呵！又了解了不少！
作者: cslgff    時間: 2010-4-26 01:27
學習了，頂一個。。。。
作者: fsq361    時間: 2010-4-26 09:15
學習了，頂一下。謝謝樓主！
作者: dzw1988    時間: 2010-4-26 10:41
能制作一張流程圖就更直觀了，不過還是頂樓主一個
作者: renzhun1987    時間: 2010-7-23 10:41
很好 不錯 十分          謝謝LZ
作者: xiaochenchen    時間: 2010-7-23 11:05
學習了，頂一下。謝謝樓主！
作者: 一介農夫    時間: 2010-7-23 12:14
謝謝樓主
作者: qiankairu    時間: 2010-7-23 12:22
學習了，頂一下。謝謝樓主！
作者: liangquan6    時間: 2010-7-23 13:13
收藏了，沒準什么時候能用上……
作者: 袁健    時間: 2010-7-23 16:51
學習一下，呵呵~
作者: yy1028    時間: 2010-8-8 17:01
學習了，頂一個。。。。
作者: yy1028    時間: 2010-8-8 21:54
很好 不錯 十分          謝謝LZ
作者: jeffhu2006    時間: 2010-8-11 16:53
提示: 作者被禁止或刪除 內容自動屏蔽
作者: 254607271    時間: 2010-8-12 07:44
學習了。好東西，頂一下。
作者: SUNOASIS    時間: 2010-8-12 08:06
學習了，頂一個。。。。謝謝樓主！
作者: jsj306    時間: 2010-8-12 21:46
好東西，收藏了，謝謝樓主！
作者: fanfan416    時間: 2010-8-12 22:00
以前做過一個比較簡單的  樓主的挺詳細
作者: 前景錢    時間: 2010-8-13 09:13
學習了，頂一下,學習了，頂一下.
作者: 54110122    時間: 2010-8-13 17:19
好啊  寫得真具體頂下 ............
作者: zdb660    時間: 2010-8-15 09:52
好東西，雖然現在用不上，總有那么一天要用的。。。學習一下
作者: 沒文化    時間: 2010-8-15 10:12
不錯，現在正在看這些東西，很有幫助
作者: wowowo23    時間: 2010-8-16 12:53
好東西?。∵@種帖子多多傳啊
作者: huangerge    時間: 2010-8-16 20:50
學習了，頂一下。謝謝樓主！
作者: 劉心玥    時間: 2010-8-18 17:04
儲備一個，很快就可能要用到了
作者: peng2010    時間: 2010-8-19 13:32
廠家也有相應的產品目錄說明的，看看就知道，
作者: clg863    時間: 2010-8-20 15:46
看不懂，純支持了，還要學習啊！~
作者: 海風吹    時間: 2010-8-23 09:04
好東西！呵呵！又了解了不少！
作者: chenyouqwan    時間: 2010-8-23 10:53
學習了，頂一下。謝謝樓主！
作者: yanhchao    時間: 2010-8-23 15:30
樓上好像都看的挺懂的 ，看不懂怎么辦呀？
公式什么的就更不懂啦 ，完啦，跟沒學過一樣!
作者: suolaxi    時間: 2010-8-24 15:27
有點復雜了，要好好學習才能理解
作者: me12345    時間: 2010-8-25 09:44
學習了，頂一個。。。。
作者: lbn306618    時間: 2010-8-25 10:16
學習了，頂一下。謝謝樓主！
作者: csltzj    時間: 2010-8-28 14:23
學習了 頂一下 又了解不少
作者: lzmcxg    時間: 2010-8-28 14:56
不錯謝謝了！
就是有點書本化了，要是能舉點實際例子就好了，公式用一遍比記一遍好啊
作者: Li515414    時間: 2010-8-28 17:57
學習了，頂一個。。。。
作者: tianguixiang    時間: 2010-8-28 20:10
好東西 還省了我3個積分
作者: FLEI200410    時間: 2010-9-16 09:46
回復 1# ENCO


    正需要，謝謝樓主
作者: 冷月星魂    時間: 2010-9-16 10:34
謝謝  正需要的資料   有控制方面的資料嗎
作者: d_h_f    時間: 2010-9-16 10:58
一時還看不明白，看來要多多學習啊
作者: lkqi713    時間: 2010-9-16 14:37
別處拷貝過來的，樓主大概也不明白
作者: lkqi713    時間: 2010-9-16 15:45
這個網址上有直線運動轉換為轉動的轉動慣量公式推導，看后茅塞頓開
w w w.gongkong.com/webpage/forum/201008/2010080508380800001-1.shtml#edit
作者: xuzhuo185    時間: 2010-9-16 15:55
正好我要用，謝謝樓主了啊。
作者: cima818    時間: 2010-9-16 16:39
呵呵，又學到了不少好東西，感謝了~
作者: Mr_xia    時間: 2010-9-16 16:39
很詳細啊，超級超級欣賞！
作者: jthykj    時間: 2010-9-18 15:26
講得好！頂?。。。。。。。。。。?！
作者: 小武2010    時間: 2010-9-29 12:01
學習了，頂一下。謝謝樓主！
作者: 菜無雙    時間: 2010-9-29 14:11
謝謝分享，學習了，樓主辛苦了
作者: lzhy860723    時間: 2010-9-30 21:16
學習了，謝謝樓主?。。。?！
作者: chuckxu@126.com    時間: 2010-10-1 21:29
受教了，頂一下。謝謝樓主！
作者: huangpan1234    時間: 2010-10-16 12:49
頂                        ,
作者: 李時昱ls    時間: 2010-10-22 20:30
好東東?。≈x謝樓主！
作者: meiqihezi    時間: 2010-10-23 23:52
多謝樓主分享................
作者: longhun1981    時間: 2010-11-7 23:35
好東西啊，收藏了，對于菜鳥很有幫助啊
作者: 沿水一帶    時間: 2010-11-15 20:25
謝謝分享 學習了  謝謝樓主
作者: LIDAWEIOK    時間: 2011-11-29 11:09
不錯
支持
謝謝樓主
作者: 569151376    時間: 2011-11-30 21:27
長見識了，不錯??！謝謝樓主了
作者: joseph-gagb    時間: 2011-12-7 17:55
非常值得學習的好資料
作者: xhj823    時間: 2011-12-7 18:56
對步進電機還是不了解，為什么不用伺服電機呢？
作者: sidz123    時間: 2011-12-7 20:07
剛需要，常用到，謝謝分享
作者: 松樹巖石    時間: 2011-12-8 00:39
頂一下。謝謝樓主！   
作者: 引擎的節奏    時間: 2011-12-8 09:43
謝謝樓主的分享！你的回復長度不符合要求…………
作者: 菠蘿吹雪    時間: 2011-12-8 09:53
很有用的理論知識，謝謝樓主
作者: 征城    時間: 2012-2-22 08:52
樓主威武，趕緊收藏了
作者: 屠夫的理想    時間: 2012-2-22 10:57
要是有實例說明更好.學習了，頂一下。謝謝樓主!
作者: 啊咔咔    時間: 2012-2-22 11:08
好資料 很有用 多謝分享
作者: 上海鳴志電器    時間: 2012-4-2 21:28
學習了。。。謝謝。。。
作者: 學習“心”德    時間: 2012-5-9 15:47
看了，不太懂，要用到，還是頂一下，要是配上步進電機國標型號及其選擇依據就更好啦?。。。。。。。。。。。。?！
作者: hys-hdjs    時間: 2012-5-9 16:01
學習了，謝謝。
作者: xiao0651    時間: 2012-5-9 22:12
非常不錯的文章      感謝樓主
作者: 鳳舞九天nn    時間: 2012-5-9 22:19
很有條理
作者: 陳明雨    時間: 2012-5-9 22:49
學習了，謝謝樓主！
作者: 風之府    時間: 2012-5-10 09:52
好資料大家一起分享{:soso_e113:}
頂一個
作者: 1187799010    時間: 2012-5-10 09:56
好東西
作者: 嗨蘂大人    時間: 2012-5-11 07:15
頂
作者: rencaiwang    時間: 2012-5-11 09:11
計算步驟太多了，還是支持樓主...
作者: RAJRLZD    時間: 2012-5-14 22:51
剛開始用步進電機，學習了
作者: 大志2012    時間: 2012-9-28 13:28
也是來學習的
作者: 619341834    時間: 2012-9-28 13:41
學習了
作者: 柯小高ju    時間: 2012-9-28 23:38
又了解了不少！
作者: 森林883    時間: 2012-9-29 10:13
學習了，謝謝
作者: zhonglongwang    時間: 2012-9-29 16:56
真是很不錯。謝謝樓主這樣詳細的講解，辛苦了。
作者: lxxandgx    時間: 2012-10-6 14:37
好東西！呵呵！又了解了不少
作者: qveskf    時間: 2012-10-15 10:59
不錯的文章
作者: 619341834    時間: 2012-10-15 12:57
學習了
作者: hds19810306    時間: 2012-10-15 13:58
謝謝樓主。學習啦
作者: 任得梁rdl    時間: 2012-10-16 22:23
好東西 啊
作者: 斗志    時間: 2012-12-20 12:51
頂樓主  一個  
作者: 1009248523    時間: 2014-8-29 11:11
學習了，頂一個
作者: 摸索者18    時間: 2014-8-31 17:02
學習下，最好有是個例子
作者: p破刀屠神    時間: 2014-9-9 21:03
漲姿勢
作者: liuyong453    時間: 2014-9-10 14:43
講得真的很好
作者: 痛苦的信仰00    時間: 2014-9-10 14:52
學習了，謝謝樓主分享
作者: p破刀屠神    時間: 2014-9-11 13:00
不錯
作者: 半截磚頭    時間: 2014-10-19 20:45
不錯，以前基本不怎么算的
作者: scxhm    時間: 2015-1-30 09:02
看了一遍，要是結合實際的案例和圖紙說明就更好了
作者: alexcons    時間: 2024-3-15 11:54
好資料，感謝分享！
作者: 黃亞明1992    時間: 2024-4-8 11:58
學習了，感謝樓主分享。




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