步進(jìn)電機(jī)是一種特殊的控制電機(jī)。它的旋轉(zhuǎn)以一個固定的角度(稱為“步進(jìn)角度”)一步一步地進(jìn)行。其特點(diǎn)是無累積誤差(精度為100%)，因此廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制中。步進(jìn)電機(jī)必須由電子設(shè)備驅(qū)動，即步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，它將控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)換成步進(jìn)電機(jī)的角位移，或者說，每次控制系統(tǒng)發(fā)出脈沖信號，步進(jìn)電機(jī)就會通過驅(qū)動器旋轉(zhuǎn)一個步進(jìn)角度。因此，步進(jìn)電機(jī)的速度與脈沖信號的頻率成正比。雖然步進(jìn)電機(jī)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，但步進(jìn)電機(jī)并不像普通的DC電機(jī)，常用的是交流電機(jī)。只有由雙環(huán)脈沖信號和功率驅(qū)動電路組成的控制系統(tǒng)才能使用。所以步進(jìn)電機(jī)不好用，涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子、計算機(jī)等很多專業(yè)知識。

本文主要介紹步進(jìn)電機(jī)的選擇原則和誤差。首先介紹了步進(jìn)電機(jī)的選擇原則，其次介紹了步進(jìn)電機(jī)的選擇要素和步驟，最后闡述了步進(jìn)電機(jī)選擇的誤差，具體按照小系列來詳細(xì)了解。

　　步進(jìn)電機(jī)選型原則

1.首先，確定步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動負(fù)載所需的扭矩。最簡單的方法是在負(fù)載軸上加一個杠桿，用彈簧秤拉杠桿。張力乘以臂的長度就是負(fù)載力矩。或者根據(jù)負(fù)荷特性理論計算。因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)是控制電機(jī)，所以目前常用的步進(jìn)電機(jī)最大扭矩不超過45Nm。扭矩越大，成本越高。如果你選擇的電機(jī)扭矩比較大或者超過這個范圍，可以考慮加減速裝置。

2.確定步進(jìn)電機(jī)的最高運(yùn)行速度。速度指標(biāo)在步進(jìn)電機(jī)的選擇中非常重要。步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)是隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增加，轉(zhuǎn)矩減小，其減小的速度與驅(qū)動器的驅(qū)動電壓、電機(jī)的相電流、電機(jī)的相位電感、電機(jī)的尺寸等諸多參數(shù)有關(guān)。一般規(guī)律是驅(qū)動電壓越高，轉(zhuǎn)矩下降越慢。電機(jī)相電流越大，轉(zhuǎn)矩下降越慢。設(shè)計方案時，電機(jī)轉(zhuǎn)速應(yīng)控制在1500轉(zhuǎn)/分或1000轉(zhuǎn)/分。當(dāng)然這不是標(biāo)準(zhǔn)，可以參考“矩頻特性”。

3.根據(jù)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩和最大轉(zhuǎn)速這兩個重要指標(biāo)，參考“轉(zhuǎn)矩-頻率特性”，可以選擇自己的步進(jìn)電機(jī)。如果你覺得你選的電機(jī)太大，可以考慮加個減速器，這樣可以節(jié)約成本，讓你的設(shè)計更靈活。為了選擇合適的減速比，需要綜合考慮扭矩和轉(zhuǎn)速的關(guān)系來選擇最佳方案。

4.最后，應(yīng)考慮一定的(如30%)扭矩余量和轉(zhuǎn)速余量。

5.盡量選擇混合式步進(jìn)電機(jī)，其性能要高于反射式步進(jìn)電機(jī)。

6.盡量選擇細(xì)分驅(qū)動，使其在細(xì)分狀態(tài)下工作。

7.選擇時不要陷入只看電機(jī)轉(zhuǎn)矩的誤區(qū)，也就是說電機(jī)的轉(zhuǎn)矩越大越好，和速度指標(biāo)一起考慮。

8.當(dāng)速度要求較高時，可以選擇驅(qū)動電壓較高的驅(qū)動器。

9.采購時是用兩相還是三相，沒有具體要求，只要步角能滿足使用要求即可。

　　步進(jìn)電機(jī)的選擇要素

1、臺階角度的選擇

電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求。負(fù)載的最小分辨率(當(dāng)量)換算成電機(jī)軸，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)該走多少角度(包括減速)。電機(jī)的步進(jìn)角度應(yīng)等于或小于該角度。目前市場上步進(jìn)電機(jī)的步距角一般為0.36度/0.72度(五相電機(jī))、0.9度/1.8度(二相和四相電機(jī))、1.5度/3度(三相電機(jī))等等。

2.靜力矩的選擇

步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)轉(zhuǎn)矩很難一次確定，所以我們往往先確定電機(jī)的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩。靜態(tài)轉(zhuǎn)矩的選擇是以電機(jī)的工作負(fù)載為基礎(chǔ)的，分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載。沒有單一慣性載荷和單一摩擦載荷。直接起動(通常低速)時要考慮兩種載荷，而加速起動時主要考慮慣性載荷，恒速運(yùn)行時只考慮摩擦載荷。一般情況下，靜扭矩應(yīng)為摩擦載荷的2-3倍。一旦選擇了靜態(tài)扭矩，就可以確定電機(jī)的框架和長度(幾何尺寸)

3.電流選擇

由于電流參數(shù)的不同，相同靜態(tài)轉(zhuǎn)矩下的電機(jī)運(yùn)行特性有很大的不同。根據(jù)轉(zhuǎn)矩-頻率特性圖可以判斷電機(jī)電流(指驅(qū)動電源和驅(qū)動電壓)。

綜上所述，電機(jī)選型一般應(yīng)遵循以下步驟：

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　　4、力矩與功率換算

　　進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：

　　其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩單位為牛頓·米 P=2πfM/400（半步工作） 其中f為每秒脈沖數(shù)（簡稱PPS）

　　步進(jìn)電機(jī)的選型步驟詳解

　　1、步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的選擇

　　步進(jìn)電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩，近似于傳統(tǒng)電機(jī)所稱的“功率”。當(dāng)然，有著本質(zhì)的區(qū)別。步進(jìn)電動機(jī)的物理結(jié)構(gòu)，完全不同于交流、直流電機(jī)，電機(jī)的輸出功率是可變的。通常根據(jù)需要的轉(zhuǎn)矩大小（即所要帶動物體的扭力大小），來選擇哪種型號的電機(jī)。大致說來，扭力在0.8N.m以下，選擇20、28、35、39、42（電機(jī)的機(jī)身直徑或方度，單位：mm）；扭力在1N.m左右的，選擇57電機(jī)較為合適。扭力在幾個N.m或更大的情況下，就要選擇86、110、130等規(guī)格的步進(jìn)電機(jī)。

　　2、步過電機(jī)轉(zhuǎn)速的選擇

　　對于電機(jī)的轉(zhuǎn)速也要特別考慮。因?yàn)椋姍C(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，與轉(zhuǎn)速成反比。就是說，步進(jìn)電機(jī)在低速（每分鐘幾百轉(zhuǎn)或更低轉(zhuǎn)速，其輸出轉(zhuǎn)矩較大），在高速旋轉(zhuǎn)狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩（1000轉(zhuǎn)/分--9000轉(zhuǎn)）就很小了。當(dāng)然，有些工況環(huán)境需要高速電機(jī)，就要對步進(jìn)電動機(jī)的線圈電阻、電感等指標(biāo)進(jìn)行衡量。選擇電感稍小一些的電機(jī)，作為高速電機(jī)，能夠獲得較大輸出轉(zhuǎn)矩。反之，要求低速大力矩的情況下，就要選擇電感在十幾或幾十mH，電阻也要大一些為好。

　　3、步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率的選擇

　　步進(jìn)電機(jī)空載起動頻率，通常稱為“空起頻率”。這是選購電機(jī)比較重要的一項(xiàng)指標(biāo)。如果要求在瞬間頻繁啟動、停止，并且，轉(zhuǎn)速在1000轉(zhuǎn)/分鐘左右（或更高），通常需要“加速啟動”。如果需要直接啟動達(dá)到高速運(yùn)轉(zhuǎn)，最好選擇反應(yīng)式或永磁電機(jī)。這些電機(jī)的“空起頻率”都比較高。

　　4、步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)選擇

　　步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)選擇，這項(xiàng)內(nèi)容，很多客戶幾乎沒有什么重視，大多是隨便購買。其實(shí)，不同相數(shù)的電機(jī)，工作效果是不同的。相數(shù)越多，步距角就能夠做的比較小，工作時的振動就相對小一些。大多數(shù)場合，使用兩相電機(jī)比較多。在高速大力矩的工作環(huán)境，選擇三相步進(jìn)電機(jī)是比較實(shí)用的。

　　5、針對步進(jìn)電機(jī)使用環(huán)境來選擇

　　特種步進(jìn)電機(jī)能夠防水、防油，用于某些特殊場合。例如水下機(jī)器人，就需要放水電機(jī)。對于特種用途的電機(jī)，就要針對性選擇了。

　　6、根據(jù)您的實(shí)際情況可否需要特殊規(guī)格

　　特殊規(guī)格的步進(jìn)電機(jī)，請和我們溝通，在技術(shù)允許的范圍內(nèi)，加工訂貨。例如，出軸的直徑、長短、伸出方向等。

　　7、如有必要最好與廠家的技術(shù)工程師進(jìn)一步溝通與確認(rèn)型號

　　如有必要最好與廠家的技術(shù)工程師進(jìn)一步溝通，以便于確認(rèn)你要選擇的步進(jìn)機(jī)電能否滿足你所要求各方面的指標(biāo)。

　　步進(jìn)電機(jī)選型幾大誤區(qū)盤點(diǎn)

　　1、兩相步進(jìn)電機(jī)、三相步進(jìn)電機(jī)與兩相電220伏、三相電380伏之間的誤區(qū)

　　步進(jìn)電機(jī)按照內(nèi)部構(gòu)造不同，可以分為兩相步進(jìn)電機(jī)、三相步進(jìn)電機(jī)、五相步進(jìn)電機(jī)，由于五相步進(jìn)電機(jī)成本高，市場上很少出現(xiàn)，所以常用的就是兩相步進(jìn)電機(jī)和三相步進(jìn)電機(jī)。很多客戶剛接觸步進(jìn)，經(jīng)常會誤認(rèn)為兩相步進(jìn)電機(jī)就是220伏供電，三相步進(jìn)電機(jī)就是380伏供電，其實(shí)是錯誤的。我們說的兩相三相步進(jìn)電機(jī)是根據(jù)步進(jìn)電機(jī)內(nèi)部構(gòu)造極對數(shù)來命名區(qū)分的，與220伏380伏供電沒有任何關(guān)系。

　　2、步進(jìn)電機(jī)功率與扭矩之間的誤區(qū)

　　步進(jìn)電機(jī)一般在較大范圍內(nèi)調(diào)速使用，通常只用力矩來衡量，而且速度越快力矩就會越小，其功率是變化的，所以步進(jìn)電機(jī)沒有功率這一說法，只說保持轉(zhuǎn)矩，有些客戶為了取代以往的普通的電機(jī)，想選個和以前大約差不多的功率的電機(jī)，這里有這樣一個大約的公式。

　　力矩與功率換算如下：

　　∵P=Ω.M

　　Ω=2П.n/60

　　∴P=2П.n.M/60，≈n.M/10 功率≈轉(zhuǎn)速*轉(zhuǎn)矩/10

　　其中P為功率，單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉(zhuǎn)速，M為力矩，單位為N.m。

　　3、步進(jìn)電機(jī)供電的誤區(qū)

　　步進(jìn)電機(jī)如果正常運(yùn)轉(zhuǎn)，必須與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器和發(fā)脈沖的控制器同時使用，而步進(jìn)電機(jī)是不需要直接接電源的，步進(jìn)電機(jī)的出線直接和驅(qū)動器連接，我們通常所說的供電電壓是指給驅(qū)動器的供電電壓，有很多客戶希望直接用220V的電壓來供電，方便快捷，但是不是所有步進(jìn)電機(jī)都能實(shí)現(xiàn)，一般三相大功率的110步進(jìn)電機(jī)所配驅(qū)動器MA-3208是可以直接220V供電的，其余的小功率的電機(jī)驅(qū)動器都是要配一個開關(guān)電源或者變壓器的。

　　4、步進(jìn)電機(jī)命名的誤區(qū)

　　目前國內(nèi)步進(jìn)電機(jī)的命名方式可謂多種多樣，沒有一個統(tǒng)一的國標(biāo)，各個廠家都以自己的方式命名，有很多客戶直接會問有沒有什么什么型號的步進(jìn)電機(jī)，如果想找到一模一樣命名方式的電機(jī)替代，只有找原廠家。其實(shí)各個廠家步進(jìn)電機(jī)都是一樣的，只是名字不同，我們只要抓住關(guān)鍵參數(shù)，法蘭邊長，保持轉(zhuǎn)矩，電機(jī)機(jī)身長度，步距角就可以確定可以替代的電機(jī)了。

　　5、步進(jìn)電機(jī)基本步距角與細(xì)分之間的誤區(qū)

　　步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)實(shí)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(jìn)電機(jī)的低頻振動，提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度只是細(xì)分技術(shù)的一個附帶功能。細(xì)分后電機(jī)運(yùn)行時的實(shí)際步距角是基本步距角的幾分之一。（兩相步進(jìn)電機(jī)的基本步距角是1.8°，即一個脈沖走1.8°，如果沒有細(xì)分，則是200個脈沖走一圈360°，細(xì)分是通過驅(qū)動器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生的，與電機(jī)無關(guān)，如果是10細(xì)分，則發(fā)一個脈沖電機(jī)走0.18°，即2000個脈沖走一圈360°，電機(jī)的精度能否達(dá)到或接近0.18°，還取決于細(xì)分驅(qū)動器的細(xì)分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細(xì)分驅(qū)動器精度可能差別很大;細(xì)分?jǐn)?shù)越大精度越難控制。以次類推。三相步進(jìn)電機(jī)的基本步距角是1.2°，即一個脈沖走1.2°，如果沒有細(xì)分，則是300個脈沖走一圈360°，如果是10細(xì)分，則發(fā)一個脈沖，電機(jī)走0.12°，即3000個脈沖走一圈360°，以次類推。