知道步进电机选择的原理吗？_计算步进电机选择的错误

步进电机是一种特殊的控制电机。它的旋转以一个固定的角度(称为“步进角度”)一步一步地进行。其特点是无累积误差(精度为100%)，因此广泛应用于各种开环控制中。步进电机必须由电子设备驱动，即步进电机驱动器，它将控制系统发出的脉冲信号转换成步进电机的角位移，或者说，每次控制系统发出脉冲信号，步进电机就会通过驱动器旋转一个步进角度。因此，步进电机的速度与脉冲信号的频率成正比。虽然步进电机已经得到了广泛的应用，但步进电机并不像普通的DC电机，常用的是交流电机。只有由双环脉冲信号和功率驱动电路组成的控制系统才能使用。所以步进电机不好用，涉及到机械、电机、电子、计算机等很多专业知识。

本文主要介绍步进电机的选择原则和误差。首先介绍了步进电机的选择原则，其次介绍了步进电机的选择要素和步骤，最后阐述了步进电机选择的误差，具体按照小系列来详细了解。

　　步进电机选型原则

1.首先，确定步进电机驱动负载所需的扭矩。最简单的方法是在负载轴上加一个杠杆，用弹簧秤拉杠杆。张力乘以臂的长度就是负载力矩。或者根据负荷特性理论计算。因为步进电机是控制电机，所以目前常用的步进电机最大扭矩不超过45Nm。扭矩越大，成本越高。如果你选择的电机扭矩比较大或者超过这个范围，可以考虑加减速装置。

2.确定步进电机的最高运行速度。速度指标在步进电机的选择中非常重要。步进电机的特点是随着电机转速的增加，转矩减小，其减小的速度与驱动器的驱动电压、电机的相电流、电机的相位电感、电机的尺寸等诸多参数有关。一般规律是驱动电压越高，转矩下降越慢。电机相电流越大，转矩下降越慢。设计方案时，电机转速应控制在1500转/分或1000转/分。当然这不是标准，可以参考“矩频特性”。

3.根据最大负载转矩和最大转速这两个重要指标，参考“转矩-频率特性”，可以选择自己的步进电机。如果你觉得你选的电机太大，可以考虑加个减速器，这样可以节约成本，让你的设计更灵活。为了选择合适的减速比，需要综合考虑扭矩和转速的关系来选择最佳方案。

4.最后，应考虑一定的(如30%)扭矩余量和转速余量。

5.尽量选择混合式步进电机，其性能要高于反射式步进电机。

6.尽量选择细分驱动，使其在细分状态下工作。

7.选择时不要陷入只看电机转矩的误区，也就是说电机的转矩越大越好，和速度指标一起考虑。

8.当速度要求较高时，可以选择驱动电压较高的驱动器。

9.采购时是用两相还是三相，没有具体要求，只要步角能满足使用要求即可。

　　步进电机的选择要素

1、台阶角度的选择

电机的步距角取决于负载精度的要求。负载的最小分辨率(当量)换算成电机轴，每个当量电机应该走多少角度(包括减速)。电机的步进角度应等于或小于该角度。目前市场上步进电机的步距角一般为0.36度/0.72度(五相电机)、0.9度/1.8度(二相和四相电机)、1.5度/3度(三相电机)等等。

2.静力矩的选择

步进电机的动态转矩很难一次确定，所以我们往往先确定电机的静态转矩。静态转矩的选择是以电机的工作负载为基础的，分为惯性负载和摩擦负载。没有单一惯性载荷和单一摩擦载荷。直接起动(通常低速)时要考虑两种载荷，而加速起动时主要考虑惯性载荷，恒速运行时只考虑摩擦载荷。一般情况下，静扭矩应为摩擦载荷的2-3倍。一旦选择了静态扭矩，就可以确定电机的框架和长度(几何尺寸)

3.电流选择

由于电流参数的不同，相同静态转矩下的电机运行特性有很大的不同。根据转矩-频率特性图可以判断电机电流(指驱动电源和驱动电压)。

综上所述，电机选型一般应遵循以下步骤：

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　　4、力矩与功率换算

　　进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下：

　　其P为功率单位为瓦，Ω为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿·米 P=2πfM/400（半步工作） 其中f为每秒脉冲数（简称PPS）

　　步进电机的选型步骤详解

　　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

　　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。

　　步进电机选型几大误区盘点

　　1、两相步进电机、三相步进电机与两相电220伏、三相电380伏之间的误区

　　步进电机按照内部构造不同，可以分为两相步进电机、三相步进电机、五相步进电机，由于五相步进电机成本高，市场上很少出现，所以常用的就是两相步进电机和三相步进电机。很多客户刚接触步进，经常会误认为两相步进电机就是220伏供电，三相步进电机就是380伏供电，其实是错误的。我们说的两相三相步进电机是根据步进电机内部构造极对数来命名区分的，与220伏380伏供电没有任何关系。

　　2、步进电机功率与扭矩之间的误区

　　步进电机一般在较大范围内调速使用，通常只用力矩来衡量，而且速度越快力矩就会越小，其功率是变化的，所以步进电机没有功率这一说法，只说保持转矩，有些客户为了取代以往的普通的电机，想选个和以前大约差不多的功率的电机，这里有这样一个大约的公式。

　　力矩与功率换算如下：

　　∵P=Ω.M

　　Ω=2П.n/60

　　∴P=2П.n.M/60，≈n.M/10 功率≈转速*转矩/10

　　其中P为功率，单位为瓦，Ω为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩，单位为N.m。

　　3、步进电机供电的误区

　　步进电机如果正常运转，必须与步进电机驱动器和发脉冲的控制器同时使用，而步进电机是不需要直接接电源的，步进电机的出线直接和驱动器连接，我们通常所说的供电电压是指给驱动器的供电电压，有很多客户希望直接用220V的电压来供电，方便快捷，但是不是所有步进电机都能实现，一般三相大功率的110步进电机所配驱动器MA-3208是可以直接220V供电的，其余的小功率的电机驱动器都是要配一个开关电源或者变压器的。

　　4、步进电机命名的误区

　　目前国内步进电机的命名方式可谓多种多样，没有一个统一的国标，各个厂家都以自己的方式命名，有很多客户直接会问有没有什么什么型号的步进电机，如果想找到一模一样命名方式的电机替代，只有找原厂家。其实各个厂家步进电机都是一样的，只是名字不同，我们只要抓住关键参数，法兰边长，保持转矩，电机机身长度，步距角就可以确定可以替代的电机了。

　　5、步进电机基本步距角与细分之间的误区

　　步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动，提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。细分后电机运行时的实际步距角是基本步距角的几分之一。（两相步进电机的基本步距角是1.8°，即一个脉冲走1.8°，如果没有细分，则是200个脉冲走一圈360°，细分是通过驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关，如果是10细分，则发一个脉冲电机走0.18°，即2000个脉冲走一圈360°，电机的精度能否达到或接近0.18°，还取决于细分驱动器的细分电流控制精度等其它因素。不同厂家的细分驱动器精度可能差别很大;细分数越大精度越难控制。以次类推。三相步进电机的基本步距角是1.2°，即一个脉冲走1.2°，如果没有细分，则是300个脉冲走一圈360°，如果是10细分，则发一个脉冲，电机走0.12°，即3000个脉冲走一圈360°，以次类推。