步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的設(shè)計、選型實戰(zhàn)經(jīng)驗總結(jié)

步進(jìn)電機(jī)是一種作為控制用的特種電機(jī), 它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度(稱為"步距角")一步一步運行的, 其特點是沒有積累誤差(精度為100%), 所以廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制。步進(jìn)電機(jī)的運行要有一電子裝置進(jìn)行驅(qū)動, 這種裝置就是步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器, 它是把控制系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進(jìn)電機(jī)的角位移, 或者說: 控制系統(tǒng)每發(fā)一個脈沖信號, 通過驅(qū)動器就使步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)一步距角。所以步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速與脈沖信號的頻率成正比。所以，控制步進(jìn)脈沖信號的頻率，可以對電機(jī)精確調(diào)速;控制步進(jìn)脈沖的個數(shù)，可以對電機(jī)精確定位目的。步進(jìn)電機(jī)通過細(xì)分驅(qū)動器的驅(qū)動，其步距角變小了，如驅(qū)動器工作在10細(xì)分狀態(tài)時，其步距角只為‘電機(jī)固有步距角‘的十分之一，也就是說：‘當(dāng)驅(qū)動器工作在不細(xì)分的整步狀態(tài)時，控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動1.8°;而用細(xì)分驅(qū)動器工作在10細(xì)分狀態(tài)時，電機(jī)只轉(zhuǎn)動了0.18° ，這就是細(xì)分的基本概念。 細(xì)分功能完全是由驅(qū)動器靠精確控制電機(jī)的相電流所產(chǎn)生，與電機(jī)無關(guān)。

驅(qū)動器細(xì)分后的主要優(yōu)點為：完全消除了電機(jī)的低頻振蕩。低頻振蕩是步進(jìn)電機(jī)(尤其是反應(yīng)式電機(jī))的固有特性，而細(xì)分是消除它的唯一途徑，如果您的步進(jìn)電機(jī)有時要在共振區(qū)工作(如走圓弧)，選擇細(xì)分驅(qū)動器是唯一的選擇。提高了電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。尤其是對三相反應(yīng)式電機(jī)，其力矩比不細(xì)分時提高約30-40% 。提高了電機(jī)的分辨率。由于減小了步距角、提高了步距的均勻度，‘提高電機(jī)的分辨率‘是不言而喻的。

以上是步進(jìn)電機(jī)的基本原理，接下來，針對步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動的設(shè)計、選型實戰(zhàn)經(jīng)驗進(jìn)行總結(jié)：

選擇保持轉(zhuǎn)矩(HOLDING TORQUE)

保持轉(zhuǎn)矩也叫靜力矩，是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。由于步進(jìn)電機(jī)低速運轉(zhuǎn)時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩，而步進(jìn)電機(jī)的力矩隨著速度的增大而快速衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以說保持轉(zhuǎn)矩是衡量步進(jìn)電機(jī)負(fù)載能力最重要的參數(shù)之一。比如，一般不加說明地講到1N.m的步進(jìn)電機(jī)，可以理解為保持轉(zhuǎn)矩是1N.m。

選擇相數(shù)

兩相步進(jìn)電機(jī)成本低，步距角最少1.8 度，低速時的震動較大，高速時力矩下降快，適用于高速且對精度和平穩(wěn)性要求不高的場合;三相步進(jìn)電機(jī)步距角最少1.5度，振動比兩相步進(jìn)電機(jī)小，低速性能好于兩相步進(jìn)電機(jī)，最高速度比兩相步進(jìn)電機(jī)高百分之30至50，適用于高速且對精度和平穩(wěn)性要求較高的場合;5相步進(jìn)電機(jī)步距角更小，低速性能好于3相步進(jìn)電機(jī)，但成本偏高，適用于中低速段且對精度和平穩(wěn)性要求較高的場合。

選擇步進(jìn)電機(jī)

應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動器原則，先明確負(fù)載特性，再通過比較不同型號步進(jìn)電機(jī)的靜力矩和矩頻曲線，找到與負(fù)載特性最匹配的步進(jìn)電機(jī);精度要求高時，應(yīng)采用機(jī)械減速裝置，以使電機(jī)工作在效率最高、噪音最低的狀態(tài);避免使電機(jī)工作在振動區(qū)，如若必須則通過改變電壓、電流或增加阻尼的方法解決;電源電壓方面，建議57電機(jī)采用直流24V-36V、86電機(jī)采用直流46V、110電機(jī)采用高于直流80V;大轉(zhuǎn)動慣量負(fù)載應(yīng)選擇機(jī)座號較大的電機(jī);大慣量負(fù)載、工作轉(zhuǎn)速較高時，電機(jī)而應(yīng)采用逐漸升頻提速，以防止電機(jī)失步、減少噪音、提高停轉(zhuǎn)時的定位精度;鑒于步進(jìn)電機(jī)力矩一般在40Nm以下，超出此力矩范圍，且運轉(zhuǎn)速度大于1000RPM時，即應(yīng)考慮選擇伺服電機(jī)，一般交流伺服電機(jī)可正常運轉(zhuǎn)于3000RPM，直流伺服電機(jī)可可正常運轉(zhuǎn)于10000RPM。

選擇驅(qū)動器和細(xì)分?jǐn)?shù)

最好不選擇整步狀態(tài)，因為整步狀態(tài)時振動較大;盡量選擇小電流、大電感、低電壓的驅(qū)動器;配用大于工作電流的驅(qū)動器、在需要低振動或高精度時配用細(xì)分型驅(qū)動器、對于大轉(zhuǎn)矩電機(jī)配用高電壓型驅(qū)動器，以獲得良好的高速性能;在電機(jī)實際使用轉(zhuǎn)速通常較高且對精度和平穩(wěn)性要求不高的場合，不必選擇高細(xì)分?jǐn)?shù)驅(qū)動器，以便節(jié)約成本;在電機(jī)實際使用轉(zhuǎn)速通常很低的條件下，應(yīng)選用較大細(xì)分?jǐn)?shù)，以確保運轉(zhuǎn)平滑，減少振動和噪音;總之，在選擇細(xì)分?jǐn)?shù)時，應(yīng)綜合考慮電機(jī)的實際運轉(zhuǎn)速度、負(fù)載力矩范圍、減速器設(shè)置情況、精度要求、振動和噪音要求等。