步进电机的选用原则
基于经济型数控机床的步进电机选用原则研究
甘 肃科 技
Ｇａ ｓ ｃ ｅ ｃ ｎ ｎ ｕ Ｓ ｉｎ ｅ ａ ｄ Ｔ
２ ４
Ⅳｏ ２ ．ｏ
Ｏｃ ｔ ．
２０ ０８
基 于经 济 型数 控 机床 的步 进 电机选 用 原 则 研 究
田 辉
（ 陕西理工学 院， 陕西 汉中 ７ ３ ０ ） ２ ０ ３
上技术数据及电机实际工作频率范围并 留有一定裕 后 ， 启动频率和运行频率 比空载时都下降许多 。因
度。一般选择电动机输出转矩为最大静转矩 Ｔ 的 此 ， 在选择步进电机时 ， 应提前估算 出带上负载后的
２ ％ ～３ ％ 。 ０ ０
启动频率和运行频率 。
２ ５ 步 进 电机 驱动 电源 的选择 ．
数， 不同的步进电机步距角相差可达数十倍。步进 标与所配备的驱动电源有很大关系 ， 所以， 在选用步
Ｏ等 ， 。 选择时应满足机床伺服 系统 的控制精度要求 机驱 动 电源应尽 可 能提高 步
１６ ２
甘
肃
科
技
第 ２ 卷 ４
上的滑坡多以绕避为主 ， 选线过程中已多有考虑 ， 对
于无法绕避的 ， 要进行预防并治理。 ５３ 构造体系交汇影响区（ Ｖ区） ． Ⅲ、 里程 Ｃ １２ Ｋ ５ Ｃ １５一 Ｋ ３ 该 区地表 Ｋ １ 一Ｃ ２ ，Ｋ ２ Ｃ １６ 基岩出露或为基岩风化残坡积碎石类土 ， 本段 的构
制方便 、 行可 靠等 优点 ， 运 广泛应 用 于经 济 型数 控机
的优劣直接影响机床 的精度 、 快速反应性 等技术指
０ ≤ ｉ。０ ． 。 ｎ
式 中 ｅ； 为负载轴要求 的最小位移增量 标。如何合理选择步进 电机是经济型数控机床伺服 进给系统设计时应考虑的关键问题 。 ２ ３ 精度 的选择 ．
步进电机选择需遵循的原则
选择步进电机应遵循先选电机后选步进电机驱动器原则，先明确负载特性，再通过比较不同型号步进电机的静力矩和矩频曲线，找到与负载特性最匹配的步进电机。
1、一般应选用力矩比实际需要大百分之五十到百分之百的步进电机，因为步进电机不能过负载运行，力辉表示即便是瞬间过载都可能造成失步、停转或不规则原地来回作动。
2、上位控制器输入的脉冲电流必须够大（一般要>10mA），以确保光电耦合器稳定导通，否则会导致步进电机失步；如果输入脉冲频率过高，会因个别脉冲接收不到，导致步进电机失步。
3、启动频率不应太高，应在启动程序中设置加速过程，即从规定的启动频率开始，加速到设定频率，否则就可能不稳定，甚至处于惰态。
4、电机如果未固定好，造成强烈共振，也会导致步进电机失步。
5、应了解步进电机的固有弱点：输入脉冲频率过高，易导致丢步；输入脉冲频率过低，易出现共振；转速偏高时扭矩降低明显。
6、应了解最新型步进电机的性能，必要时选用采用了最新控制技术的高级步进电机系统，高级系统既可以使步进电机在高速状态下减少共振，还能运用减少步进电机反电动势的技术，增加电机在高速状态下的扭矩。
如何选择步进电机-步进电机的选择
如何选择步进电机?步进电机的选择
熟识这门技术的人应当是比较清晰的，步进电机的选择主要涉及到的是三个要素，步距角、静转距以及电流这三大方面，一般来说只要这个三个要素确定下来之后，那么型号大致就可以确定下来了。
首先第一个方面是步距角的选择方面，步距角主要是取决于负载的精度要求，那么将这个负载的当量换到电机轴上，那么每个当量电机应当走多少角度，步距角的角度应当是等于或者是小于这个角度。
其次个方面是电流的选择，电流参数不同，所得到的运行性能是很大不同的。
第三个方面就是静转距的选择，静转距一般应当是摩擦负载的2-3倍内是最好的，这个静转距一旦选定，电机的机座和长度就可以确定下来了。
整个这三方面确定之后，也许的电机选择也就可以确定下来了。
推断需多大力矩：静扭矩是选择步进电机的主要参数之一。
负载大时，需采纳大力矩电机。
力矩指标大时，电机形状也大。
推断电机运转速度：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。
且在选择步进电机驱动器时采纳较高供电电压。
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状况：推断是否需细分，需多少细分。
依据电机的电流、细分和供电电压选择驱动器。
步进电机的选型及计算方法
步进电机的选型及计算方法步进电机是一种将电脑指令转化为机械运动的电机，广泛应用于打印机、绘图仪、数控机床、自动化设备等领域。
步进电机的选型和计算方法是确保电机能够满足使用要求的重要环节。
本文将介绍步进电机的选型和计算方法，以帮助读者了解如何正确选择步进电机。
**一、步进电机的选型**选型是步进电机设计的第一步，主要考虑以下几个因素：1.**载荷特性**：首先需要知道电机所需驱动的载荷特性，包括重量、转动惯量等。
根据载荷特性，选取适当的电机功率和扭矩。
2.**运动要求**：了解运动要求，包括速度、加速度、定位精度等。
根据运动要求，选取适当的步进角和步数。
3.**工作环境**：考虑工作环境的温度、湿度、粉尘、振动等因素，选取能够适应工作环境的电机。
4.**可靠性要求**：根据应用的可靠性要求，选取有良好可靠性的步进电机。
5.**成本**：考虑成本因素，选取能够满足需求且价格合理的电机。
选型过程中，通常需要参考制造商提供的电机规格书和技术手册，以获取详细的电机参数信息。
**二、步进电机的计算方法**1.**功率计算**：选择适当的功率可确保步进电机能够正常工作。
功率计算公式如下：功率（W）=扭矩（N·m）×转速（RPM）/9.54882.**扭矩计算**：根据应用的载荷特性计算步进电机所需的最大扭矩。
扭矩计算公式如下：扭矩（N·m）=载荷转动惯量（kg·m²）×角加速度（rad/s²）其中，角加速度可根据速度和加速度计算得到：角加速度（rad/s²）=加速度（rad/s²）/ 微步数（步）3.**速度计算**：根据应用的速度要求，计算步进电机的理论最大速度和可用的速度范围。
理论最大速度可按照电机额定的最大转速计算。
通常步进电机的最大转速范围在100-5000RPM之间。
可用速度范围受到供电电压、电机驱动方式、驱动电流等因素的影响。
步进电机选型指南
步进电机选型指南何为步进电机步进电机是一种专门用于位置和速度精确控制的特种电机。
步进电机的最大特点是其“数字性”，对于控制器发过来的每一个脉冲信号，步进电机在其驱动器的推动下运转一个固定角度(简称一步)，如下图所示。
如接收到一串脉冲步进电机将连续运转一段相应距离。
同时可通过控制脉冲频率，直接对电机转速进行控制。
由于步进电机工作原理易学易用，成本低(相对于伺服)、电机和驱动器不易损坏，非常适合于微电脑和单片机控制，因此近年来在各行各业的控制设备中获得了越来越广泛的应用。
步进电机的种类和特点步进电机在构造上有三种主要类型：反应式(Variable Reluctance，VR)、永磁式(Permanent Magnet,PM)和混合式(Hybrid Stepping,HS)。
* 反应式定子上有绕组、转子由软磁材料组成。
结构简单、成本低、步距角小，可达1.2°、但动态性能差、效率低、发热大，可靠性难保证。
* 永磁式永磁式步进电机的转子用永磁材料制成，转子的极数与定子的极数相同。
其特点是动态性能好、输出力矩大，但这种电机精度差，步矩角大(一般为7.5°或15°)。
* 混合式混合式步进电机综合了反应式和永磁式的优点，其定子上有多相绕组、转子上采用永磁材料，转子和定子上均有多个小齿以提高步矩精度。
其特点是输出力矩大、动态性能好，步距角小，但结构复杂、成本相对较高。
按定子上绕组来分，共有二相、三相和五相等系列。
最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%以上的市场份额，其原因是性价比高，配上细分驱动器后效果良好。
该种电机的基本步距角为1.8°/步，配上半步驱动器后，步距角减少为0.9°，配上细分驱动器后其步距角可细分达256倍(0.007°/微步)。
由于摩擦力和制造精度等原因，实际控制精度略低。
同一步进电机可配不同细分的驱动器以改变精度和效果。
雷赛步进电机系列雷赛两相、三相混合式步进电机，采用优质冷轧钢片和耐高温永磁体制造，产品规格涵盖35-130范围。
步进电机选择的详细计算过程
步进电机选择的详细计算过程1，如何正确选择伺服电机和步进电机？主要视具体应用情况而定，简单地说要确定：负载的性质（如水平还是垂直负载等），转矩、惯量、转速、精度、加减速等要求，上位控制要求（如对端口界面和通讯方面的要求），主要控制方式是位置、转矩还是速度方式。
供电电源是直流还是交流电源，或电池供电，电压范围。
据此以确定电机和配用驱动器或控制器的型号。
2，选择步进电机还是伺服电机系统？其实，选择什么样的电机应根据具体应用情况而定，各有其特点。
请见下表，自然明白。
步进电机系统伺服电机系统力矩范围中小力矩（一般在20Nm以下）小中大，全范围速度范围低（一般在2000RPM以下，大力矩电机小于1000RPM）高（可达5000RPM）,直流伺服电机更可达1~2万转/分控制方式主要是位置控制多样化智能化的控制方式，位置/转速/转矩方式平滑性低速时有振动（但用细分型驱动器则可明显改善）好，运行平滑精度一般较低，细分型驱动时较高高（具体要看反馈装置的分辨率）矩频特性高速时，力矩下降快力矩特性好，特性较硬过载特性过载时会失步可3~10倍过载（短时）反馈方式大多数为开环控制，也可接编码器，防止失步闭环方式，编码器反馈编码器类型 - 光电型旋转编码器（增量型/绝对值型），旋转变压器型响应速度一般快耐振动好一般（旋转变压器型可耐振动）温升运行温度高一般维护性基本可以免维护较好价格低高3，如何配用步进电机驱动器？根据电机的电流，配用大于或等于此电流的驱动器。
如果需要低振动或高精度时，可配用细分型驱动器。
对于大转矩电机，尽可能用高电压型驱动器，以获得良好的高速性能。
4，2相和5相步进电机有何区别，如何选择？2相电机成本低，但在低速时的震动较大，高速时的力矩下降快。
5相电机则振动较小，高速性能好，比2相电机的速度高30~50%，可在部分场合取代伺服电机。
5，何时选用直流伺服系统，它和交流伺服有何区别？直流伺服电机分为有刷和无刷电机。
步进电机选型的步骤及如何选择步进电机
步进电机选型的步骤及如何选择步进电机步进电机是一种将电脉冲信号转换为角位移或线位移的电机，广泛应用于自动化设备、工业控制、数控机床、机器人等领域。
在选择步进电机时，需要经过以下几个步骤：1.确定应用需求：首先需要明确步进电机的使用环境和应用需求，包括所需的转矩、转速、精度、运动模式（单步运动、连续运动）等。
2.计算负载特性：根据应用需求，计算出步进电机所需的负载特性，包括转矩、惯性、负载惯性比等。
这些参数将决定所选步进电机的能力是否足够满足应用需求。
3.选择电机类型：根据应用要求和负载特性，选择合适的步进电机类型。
常见的步进电机类型包括永磁步进电机、混合式步进电机和开环步进电机等。
4.计算步进电机参数：根据应用需求和负载特性，计算出所选步进电机的一些重要参数，包括步距角、步进角精度、电感、电阻、静态转矩、最大转速等。
5.进行性能匹配：根据计算得到的参数，与实际的步进电机参数进行比较，进行性能匹配。
确保所选步进电机的性能能够满足应用需求，如转矩能力是否足够、转速是否达到要求、步进角精度能否满足应用要求等。
6.考虑成本和可靠性：根据所选步进电机的性能和价格，进行成本和可靠性的评估。
确定所选步进电机的成本是否符合预算，以及其可靠性是否能够满足应用需求。
7.选择品牌和供应商：根据步进电机的技术特性和价格，选择合适的品牌和供应商进行购买。
选择有良好信誉和服务的供应商，确保步进电机的质量和售后服务。
在选择步进电机时，还需要考虑一些其他因素，如工作环境（温度、湿度等）、安装尺寸、工作噪音、功率和电源要求等。
通过综合考虑这些因素，选择合适的步进电机，才能确保其能够满足应用需求并具有较好的性能和可靠性。
步进电机设计规范
步进电机(MP系列永磁步进电机)设计规范（发布日期：2010-01-08）1范围本规范规定了步进电机的设计基本要求和选用原则，供设计人员在步进电机设计时参考。
2规范性引用文件下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。
凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
3术语和定义3.1借用电机能满足性能要求和结构尺寸要求的已批量使用的电机。
3.2专用电机空调新产品设计开发或改型时，有新的性能和结构尺寸上的要求，必须新开发的电机。
3.3电机的命名依据企业技术标准：《MP系列减速永磁式步进电机》的相关规定4设计要求4.1借用电机的选用原则4.1.1电压规格：DC12V。
4.1.2驱动方式：四相八拍、四相单四拍、四相双四拍，优选四相八拍。
4.1.3结构尺寸要求：安装孔、端盖外径、厚度、轴伸、引出线、连接端子满足产品设计要求。
4.1.4性能指标：步距角、牵入转矩、牵出转矩、牵入频率、牵出频率、自定位转矩、摩擦力矩、输出轴的转向要求符合空调产品要求。
4.2专用电机的设计原则4.2.1电压规格：DC12V、DC16V，常用优选DC12V。
4.2.2电机接线示意图：定子绕组有两组，每组两匝共四匝，每组中的两匝有一个公共端，这样共有五个引出端。
54321分别对应红橙黄粉蓝，其中5为12V公共端；对于双胞胎电机的P135B10F插座，1、2为红色公共端，其余按橙黄粉蓝顺次排。
4.2.3电机连接端子示意图：图24.2.4电机转向规定：新开步进电机统一设计为逆时针，有需要顺时针运转的，通过电控硬件或软件来实现。
4.2.5脉冲分配顺序：4.2.6电机的铭牌使用英文，内容规定：电机铭牌须注明电机型号、额定电压、生产厂名、生产批号；注：不同的厂家使用相同的型号MPXXXX，以厂家名称来区分，必要的情况下，直流电阻同时也须注明。
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步进电机的选用原则
步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。
一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。
一、步进电机步距角的选择
电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。
电机的步距角应等于或小于此角度。
目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度（三相电机）等。
二、步进电机静力矩的选择
步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。
静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。
单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。
直接起动时（一般由低速）时二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要考虑摩擦负载。
一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好，静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸）
三、步进电机电流的选择
静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）。