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步進電機_步進電機選型

步進電機_步進電機選型

步進電機作為執行元件,是機電一體化的關鍵産品之一,廣泛應用在各種自動化控制系統中。如何正确選擇步進電機,需要考慮到轉矩、負載、電流、慣量、轉速、精度等因素,明确步進電機的這些要素,才能選對适合應用的步進電機。

1、選擇步進電機電機種類(PM型、VR型、HB型)

步進電機按轉子的構造大體分為:由钣金爪極與圓筒線圈組成的定子和永磁鐵氧體組成的PM型;轉子不使用永久磁鐵的VR型;轉子由兩個磁極中間加一個磁鐵組成的HB型三種類型。其各自的特點如下表:

PM型 HB型 VR型
步距角 7.5°∼15°較多 1.8°較多 1.8°∼15°
轉矩 中∼大
時間常數 小∼中
價格 便宜 高價 高價

如上表所示,要考慮轉矩、步距角、時間常數及價格4點,以此判斷何種步進電機合适。

例如PM型軸承不像HB型使用滾柱軸承,而是用金屬滑動軸承,如施加彈性負載時,采用皮帶傳遞負載或利用滾珠絲杠進行轉矩傳動,金屬滑動軸承的徑向載荷或止推載荷的允許值出現故障的情況會很多,并且需要注意PM型的使用溫度範圍。VR型步進電機作伺服電機使用時要進行閉環控制,是以很少使用VR型步進電機。原因是其價格接近HB型步進電機,分辨率隻有HB型的½,并且不如永磁電機效率高,而且其暫态特性差。HB型轉矩大、分辨率高,多用于位置定位或低速運作,但易産生振動或噪聲問題。

2、判斷需要多大的力矩:

靜力矩是選擇步進電機的主要參數之一,在判斷需要多大的靜力矩時要保證步進電機的輸出轉矩大于負載所需的轉矩,這樣才能保證整個系統的正常運轉,而負載可分為慣性負載和摩擦負載兩種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接啟動時兩種負載均要考慮,加速啟動時主要考慮慣性負載,恒速運作時隻要考慮摩擦負載。在計算整個機械系統的負載轉矩時,電機的矩頻特性能滿足機械負載并有一定的餘量保證其可靠運作(步進電機的安全系數一般選擇1.3~2)。在實際工作過程中,各種頻率下的負載轉矩必須在矩頻特性曲線的範圍内,一般來說,靜力矩越大的電機,輸出轉矩也越大,承受負載能力越強。

3、判斷電機的運轉速度:

選用市面出售的産品,根據使用速度,使步進電機工作在最佳狀态很重要,在選型的過程中要盡量避免出現小馬拉大車和性能過剩的情況。那麼怎樣才能從轉速的角度選擇合适的步進電機呢,這就要把步進電機的工作的三種速度狀态厘清楚:①隻在低速下使用;②在2000rpm以上的高速工況下使用;③由低速到高速寬範圍使用的三種速度狀态。

由于低速運作容易産生振動和共振,為避免或減小振動,電機的步距角要小,而且兩相電機不如三相電機好。進一步分析,全步進不如半步進、細分步進的好。步進電機高速運作時,因線圈電感的影響,會限制線圈電流的流入,是以應選擇相電流較大、電感較小的電機,以增加輸入功率。且在選擇驅動器時采用高供電電壓。

4、選擇電機的安裝規格:

目前市面上使用較多的步進電機的安裝規格有20*20mm(NEMA8)、28*28mm(NEMA11)、35*35mm(NEMA14)、39*39mm(NEMA16)、42*42mm(NEMA17)、57*57mm(NEMA23)、86*86mm(NEMA34)、110*110mm(NEMA42),步進電機的機座尺寸越大輸出力矩就越大。如果電機的安裝空間有限、輸出力矩不足的情況可以考慮鳴志力矩增強型步進電機,力矩增強技術可以使電機的輸出力矩在全速度段内提升25%到40%,這項技術是通過優化磁路設計來提高輸出力矩,而不需要提高輸入電壓或輸入電流。

5、确定步進電機的定位精度:

高定位精度步進電機具有高分辨率、齒槽轉矩小、動态轉矩大,暫态特性良好等特性。步進電機的相數越多,位置定位精度越高,步距角越小,位置定位精度也越高。但是由于電機多相構造,加工制造的複雜程度也相應增加,目前市場上大多采用兩相1.8°和0.9°、三相1.2°、五相0.72°和0.36°等方案,如果對振動噪音方面有要求的話,還可以采用微步細分的方式。

6、根據電機的電流、細分和供電電壓選擇合适的驅動器。

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