Question

步进电机的选型和相关计算方法？

Answer 1

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。

根据要求选型：

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定制 

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、 如有必要最好与厂家的技术工程师进一步沟通与确认型号 

如有必要最好与厂家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。

选型原则

1. 首先确定步进电机拖动负载所需要的扭矩。首先确定客户需要什么扭矩或者需要带动多大的负载。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〉，给客户推荐合适的电机。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。

Answer 2

步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。
当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（即步进角）。
您可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，达到准确定位的目的。
同时您可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，达到调速的目的。
选型时主要考虑的是步进电机的机械性能，包括步进角度、转矩、转速、空载启动频率等。
这些参数需要根据实际应用需求来选择。
例如，如果需要高精度的定位，可以选择步进角度小的电机。
如果需要较大的转矩，可以选择转矩大的电机。
如果需要高转速，可以选择转速高的电机。
如果需要快速启动和停止，可以选择空载启动频率高的电机。

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Answer 3

判断需多大力矩： 静扭矩是选择步进电机的主要参数之一。负载大时，需采用大力矩电机。力矩指标大时，电机外形也大。
• 判断电机运转速度： 转速要求高时，应选相电流较大、电感较小的电机，以增加功率输入。且在选择驱动器时采用较高供电电压。
• 选择电机的安装规格： 如57，86，110等，主要与力矩要求有关。 • 确定定位精度和振动方面的要求情况：判断是否需细分，需多少细分。
• 根据电机的电流、细分和供电电压选择驱动器。
计算方法的话，看你通过什么装置等来计算

Answer 4

选择步进电机时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。 一般地说最大静力矩Mjmax大的电机，负载力矩大。
　　选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到系统所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。
选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。
　
选择步进电机需要进行以下计算：
　　　（1）计算齿轮的减速比 根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下:
　　　　　　　i=(φ.S)/(360.Δ)　(1-1) 　　　　　式中φ -步进电机的步距角（o/脉冲） S -丝杆螺距（mm) Δ-(mm/脉冲）
　　　（2）计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量Jt。
　　　　　　　Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2] （1-2） 　　　　式中Jt-折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2)
　　　　　　　　　　　J1、J2 -齿轮惯量(Kg.cm.s2) 　Js -丝杆惯量(Kg.cm.s2)　 W-工作台重量（N） 　S-丝杆螺距（cm）
　　　（3）计算电机输出的总力矩M
　　　　　　　M=Ma+Mf+Mt （1-3）
　　　　　　　Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 （1-4）
　　　　　　　　　　　式中Ma -电机启动加速力矩（N.m) 　Jm、Jt-电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2) n-电机所需达到的转速（r/min）
　　　　　　　　　　　　　T---电机升速时间（s）
　　　　　　　Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-5） 　　　Mf-导轨摩擦折算至电机的转矩（N.m)　 u-摩擦系数 　η-传递效率
　　　　　　　Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-6）　　　　Mt-切削力折算至电机力矩（N.m) 　　　Pt-最大切削力（N）
　　　（4）负载起动频率估算。数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系，其估算公式为
　　　　　　　fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml）÷(1+Jt/Jm)] 1/2 （1-7） 式中fq---带载起动频率（Hz） fq0---空载起动频率
　　　　　　　　　　　Ml---起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩（N.m) 若负载参数无法精确确定,则可按fq=1/2fq0进行估算.
　　　（5）运行的最高频率与升速时间的计算。由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降，因此在最高频率时，由矩频特性的输出力矩应能驱动负载，并留有足够的余量。
　　　（6）负载力矩和最大静力矩Mmax。负载力矩可按式（1-5）和式（1-6）计算，电机在最大进给速度时，由矩频特性决定的电机输出力矩要大于Mf与Mt之和，并留有余量。一般来说，Mf与Mt之和应小于（0.2 ～0.4）Mmax。
希望能帮到你。也可加Q516547667，交流下，相互学习。