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伺服電機控制原理、轉(zhuǎn)子驅(qū)動電機、速度如何控制？

前兩天在一個論壇看到一個逆變橋驅(qū)動伺服電機運行的原理動圖，這里分享給大家。

驅(qū)動電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)：圖中電機繞組變?yōu)榧t色為N極，藍色為S極，黑色為不通電。繞組依照排列順序依次通電，切換N、S極順序，并與繞組磁場作用，從而在電機內(nèi)部形成一個旋轉(zhuǎn)的磁場，驅(qū)動電機繞組。

切換電機繞組通電順序：圖中右下角有一個逆變橋，通過控制逆變橋功率管的導(dǎo)通順序，從而在A、B、C三個輸出端形成如圖中右上角所示的電壓波形。電機驅(qū)動器的A、B、C三個輸出通入電機的U、V、W輸入端口，驅(qū)動電機的旋轉(zhuǎn)運行。

電機的速度控制：由上知道電機轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)是由電機定子的磁場變換順序驅(qū)動，而磁場的切換是由切換繞組中通入的電源。由此，通過控制電源的變換順序速度以此控制電機的旋轉(zhuǎn)速度。

深圳星火自動化科技有限公司，總部位于高新產(chǎn)業(yè)云集的深圳市寶安區(qū)，在北京設(shè)有分公司和生產(chǎn)基地，在無錫、青島、汕頭、瀏陽等地設(shè)有辦事處或分支機構(gòu)。星火自動化定位于運動控制類產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，主要產(chǎn)品為“STD系列”的數(shù)字式步進電機驅(qū)動器、伺服電機驅(qū)動器、步進電機、專用數(shù)控系統(tǒng)等，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、醫(yī)療設(shè)備、紡織印刷、雕刻機、激光打標(biāo)機、激光內(nèi)雕機、電子設(shè)備、剝線機、包裝機械、廣告設(shè)備、貼標(biāo)機、恒速應(yīng)用、機器人等多個行業(yè)。

步進電機帶斷電剎車與不帶斷電剎車區(qū)別？

步進電機應(yīng)用廣泛，步進電機有無斷電制動車和帶斷電剎車。如何區(qū)分這兩種電機，帶斷電剎車的電機有哪些使用方法？今天步進電機廠家就和大家分享一下帶斷電剎車步進電機的用法。

步進電機帶斷電剎車與不帶斷電剎車區(qū)別？

一般步進電機斷電不會自鎖，上電才會自鎖，要實現(xiàn)斷電自鎖，需要在步進電機尾部安裝一個抱閘裝置(制動裝置)，即帶斷電制動步進電機。步進電機用于結(jié)構(gòu)的上下運動。當(dāng)它在通電狀態(tài)下停止運行時，它會使用停止時的靜力矩來保持工作物的位置，以防止它們掉落。但是，當(dāng)步進電機斷電等無法供電時，無法維持工作物的位置，因此可能會掉落。如果想繼續(xù)保持利潤，防止工作物掉落，就要考慮斷電剎車步進電機。

帶斷電制動步進電機與無斷電制動步進電機的區(qū)別:

無斷電剎車：當(dāng)設(shè)備斷電時，會失去保持力；

當(dāng)用于結(jié)構(gòu)上下運動時，工作物可能會掉落。

帶斷電剎車：當(dāng)設(shè)備斷電時，還可以保持保持力；

用于結(jié)構(gòu)上下運動時，工作物不會掉落。

制動部件分為永磁制動體和彈簧機械制動體。與彈簧機械制動體相比，永磁制動體具有使用壽命長、反應(yīng)快、保持力大的優(yōu)點。由于剎車動作時沖擊電流大，需要通過繼電器控制剎車的開關(guān)。方佑科技的閉環(huán)驅(qū)動器和開環(huán)驅(qū)動器使用報警輸出信號來控制剎車。

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步進電機應(yīng)用常識

對用戶而言，就是需要保證步進電機獲得最佳應(yīng)用性能，才能最大限度地維護自身利益，因此提醒用戶通過優(yōu)化相關(guān)方面，促進電機達到最佳應(yīng)用。這個最基本的要求就是要求用戶優(yōu)選電機，在保證電機正確購買使用的同時，也保證了電機質(zhì)量可靠。二是要求用戶做好電機安裝工作，確保達到要求的安裝效果。其次是要求用戶注意電機使用的優(yōu)化，這就要求用戶一定要掌握以下這三種電機的應(yīng)用常識：

應(yīng)用常識一：步進電機不應(yīng)在振動區(qū)工作，否則會因有振動而影響電動機平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，這不僅對電機起到有利作用，而且會對電機造成一定損傷，對長期應(yīng)用的實現(xiàn)不利。如一定要在鄭東區(qū)使用，可以通過改變電壓，電流或者增加一些阻尼來解決，總之就是要避免外界有振動影響電機的運行。

步進電機應(yīng)用常識

應(yīng)用常識二：步進電動機工作在90RPM以下時，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓進行驅(qū)動，這樣完全可以滿足電機運行要求，既能促使電機穩(wěn)定可靠地運行，發(fā)揮其優(yōu)越性，又避免了資源浪費，有利于電機能耗最優(yōu)控制，降低運行成本。

應(yīng)用常識三：步進電機應(yīng)用時大家要注意遵從先選電機先選后驅(qū)動的原則，在根據(jù)實際需要挑選合適型號的電機，然后再選擇相應(yīng)的驅(qū)動方式，這樣才能保證電機的傳動符合使用要求，從而促進電機優(yōu)化運行。

自然要想真正實現(xiàn)步進電機最優(yōu)化的使用，促使其在應(yīng)用中盡可能取得最佳的性能，用戶不僅要掌握以上三種應(yīng)用常識，對電機的具體使用方法和操作步驟、維修保養(yǎng)等知識也要了解。

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伺服驅(qū)動器選型的原則、方法

在選擇伺服驅(qū)動器時，需滿足以下四點，才能選出一款相匹配的伺服驅(qū)動器：

伺服驅(qū)動器

1、電機類型

交流電機 ：首先要確定是220V交流電機還是380V三相交流電機

2、電機額定電壓

額定電壓是電器長時間工作時所適用的最佳電壓。電機額定電壓通常在電機銘牌或數(shù)據(jù)手冊上可找到。

常見的電機額定電壓有6V、12V、24V、36V、48V、60V、110V、220V、380V等。

3、電機額定電流

額定電流是指電器設(shè)備在額定環(huán)境條件（環(huán)境溫度、日照、海拔、安裝條件等）下，電氣設(shè)備的長期連續(xù)工作時允許電流。

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步進電機替換伺服電機如何計算?

隨著步進電機和伺服電機的應(yīng)用越來越普及，而且控制方式基本相同，都是脈沖和方向控制。但是在精度以及低頻特性和成本等方面稍有區(qū)別。經(jīng)常會有客戶來咨詢，當(dāng)終端負(fù)載穩(wěn)定、動作簡單、基本為低速運轉(zhuǎn)時，選用成本低且容易控制的步進電機是否最為合適。那具體如何用步進電機替換伺服電機，今天我來教大家一個小方法估算一下：

步進電機替換伺服電機如何計算?

首先M=9.549xP/N

M:扭矩（Nm）

P:功率（w）

N:轉(zhuǎn)速(r/min)

假設(shè)伺服電機額定功率200W,額定轉(zhuǎn)速3000轉(zhuǎn)，減速比為1：10（假設(shè)減速機效率為90%）

使用步進電機替代伺服電機，代入公式計算電機額定扭矩為：9.549X200/3000=0.6366Nm

減速機輸出力矩：0.6366X10X90%=5.7294Nm

減速機輸出轉(zhuǎn)速：3000/10=300轉(zhuǎn)

也就是說我們選的步進電機或者減速步進電機應(yīng)該在300轉(zhuǎn)，輸出力矩5.7294Nm即可。

也就是說我們選的步進電機或者減速步進電機在300RPM輸出力矩為2.8647 Nm(未考慮安全系數(shù))就能替換這個減速伺服電機。

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步進電機的選型工況分析

1、進出運動很多情況下都是氣缸進行，但是有很多位置需要停留時，氣缸不好選擇，就算有精度也不高，不穩(wěn)定；因此大部分都是選用控制電機+絲杠，或者同步帶進行傳動運輸；

2、不管是電機還是氣缸，導(dǎo)軌等，這些計算時需要找出你的條件，

比如選步進電機；

你的運動方式是什么方式:水平，豎直，斜坡等；

運動速度是多少？V=0.2m/s

需要帶動的負(fù)載是多少？

摩擦系數(shù)是多少?

需要走多遠的距離?提留幾個位置？

還有一些隱性的條件:

比如與電機輸出連接帶輪直徑是多大？T=F*R算扭矩

需不需要減速比等？需要計算扭矩，慣量比

步進電機的參數(shù)：步距角，轉(zhuǎn)速與力矩表，脈沖細分，轉(zhuǎn)速，減速比，力矩公式

二相電機的步距角為0.9°/1.8°、

三相的為0.75°/1.5°、

五相的為0.36°/0.72°

3、步進電機廠家：東么川；

4、此處需要選出帶輪需要多大，減速比1:1就可以了；

帶輪需要根據(jù)你的瞬時功率在與轉(zhuǎn)速表里面有范圍可以快速選擇即可。

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以行星減速機為例，最為重要的參數(shù)是減速比、額定負(fù)載、回程間隙、和額定輸入轉(zhuǎn)速?？蛻羲x擇的配套方案，必須滿足這幾項，超出了則會出問題。

步進電機配套行星減速機的三種常見應(yīng)用：

1. 增加扭矩，則實際需要的扭矩必須≤減速器的額定扭矩（上表中額定負(fù)載一項）；

2. 降低轉(zhuǎn)速，輸入轉(zhuǎn)速/減速比=輸出轉(zhuǎn)速，如果是給步進電機或伺服電機配減速，一般無需太大減速比，因為這種電機都是可以調(diào)速的，尤其步進電機低速扭矩大，速度越低效果越好；

3. 以上兩者都要滿足，這種需求最為普遍，所以實際選型時就要轉(zhuǎn)速、扭矩、精度多方面考慮周全，而且要注意減速比越大精度則越低，因此減速比并非越大越好。

特別注意，步進電機特點是低速大扭矩，速度越高扭矩越小，因此步進跑高速配大減速比，不如中低速配小減速比更實用。

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步進電機選型具體參數(shù)計算及注意問題

步進電機常用參數(shù)：

A、相數(shù)：指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)。

B、靜轉(zhuǎn)矩：電機在通電卻不轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。

C、步距角：輸入一個電脈沖信號，步進電動機轉(zhuǎn)子相應(yīng)的角位移。

D、定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。

E、拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)用n表示。

F、步進電動機的機座號：主要有35、39、42、57、86、110等。

G矩頻特性曲線：輸出力矩與頻率的關(guān)系。

步進電機選型具體參數(shù)的選型計算

A、最大轉(zhuǎn)速

Vmax≤1000。

過高轉(zhuǎn)速容易丟步，超多1000時，最好選用伺服電機。

電機的效率較低。

B、定位精度

定位精度有步距角和驅(qū)動器的細分功能共同決定，步距角與定位精度最少為2倍的關(guān)系。

當(dāng)有高精度要求，切忌單一的提高驅(qū)動器的細分，此方式不能保證輸出的精度，細分等級一般不大于1/4。

C、轉(zhuǎn)動慣量的計算

此內(nèi)容與伺服電機的選型一樣，請參照伺服電機的選型。

D、扭矩的計算

a 步進電機扭矩計算常采用脈沖速度來計算。

工作脈沖數(shù)=移動的距離/定位精度----A。

運行脈沖速度（HZ）=A-f1*t1/t0-t1---f2（t1=0.25t0）。

運行速度（r/min）=f2*步距角*60/360。

負(fù)載轉(zhuǎn)矩的公式與伺服電機的選型公式一樣。

加速扭矩=總慣量*π*步距角*（f2-f1）*/(180*t1)。

總扭矩=（負(fù)載轉(zhuǎn)矩+加速扭矩）*安全系數(shù)---（安全系數(shù)一般取2以上）。

步進電機選型具體參數(shù)的選型計算步進電機選型具體參數(shù)的選型計算

步進電機選型時應(yīng)注意的問題：

A、步進電機的精度一般為步距角的3-5%，且不累積。

B、力矩隨轉(zhuǎn)速的升高而下降（變化明顯）,見矩頻特性曲線。

C、注意電機的空載啟動頻率，（高于改值，不能正常啟動、丟步、堵轉(zhuǎn)）

啟動轉(zhuǎn)速一般為10-100轉(zhuǎn)，大負(fù)載的電機選用較低值。

D、低頻時振動、噪聲明顯。

a、通過增加減速機來避開共振區(qū)。

b、更換驅(qū)動器，選用帶有細分功能的驅(qū)動器（此方法最為簡便）。

c、更換步進電機，選用更小步距角的電機（此方法會較大提高成本）。

d、采用小電流、低電壓進行驅(qū)動。

e、增加磁性阻尼器(結(jié)構(gòu)允許的情況下，加在電機軸上)。

E、慣量較大的系統(tǒng)，應(yīng)選用大機座號電機。

F、最好不要使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)振動大。

G、電機在600轉(zhuǎn)以下工作時，應(yīng)采用小電流、低電壓、大電感來驅(qū)動。

H、先選擇電機再選擇驅(qū)動器。

I、電機的扭矩應(yīng)至少大于3倍的計算扭矩。

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閉環(huán)步進驅(qū)動器廣泛應(yīng)用于數(shù)控雕刻機、加工中心、數(shù)控機床以及一些需要定位的地方，作為電子產(chǎn)品，閉環(huán)步進驅(qū)動器或應(yīng)用中難免會產(chǎn)生一些常見故障，大多數(shù)故障可以分為兩種情況，即步進電機工作和步進電機不工作，下面為大家分析步進電機驅(qū)動器無法使電機正常工作的一些情況。

當(dāng)閉環(huán)步進驅(qū)動器不能使步進電機正常工作時，閉環(huán)步進驅(qū)動器廠家小編提醒您根據(jù)以下情況檢查修復(fù)原因。

1.驅(qū)動器聯(lián)線斷：與電機的聯(lián)線、與電源線的聯(lián)線及開關(guān)電源聯(lián)線斷掉，都會讓電機沒法工作。

2.驅(qū)動器警報：能夠依據(jù)LED或其他方法的標(biāo)示，依據(jù)使用說明分辨是不是過壓、欠壓保護、過電流、超溫等常步進電機驅(qū)動器見故障。

3.驅(qū)動器無供電步進電機驅(qū)動器系統(tǒng)：能夠應(yīng)用數(shù)字萬用表工作電壓檔查驗驅(qū)動器供電系統(tǒng)接線端子的聯(lián)線及供電系統(tǒng)工作電壓。

4.驅(qū)動器保險斷掉：驅(qū)動器供電系統(tǒng)工作電壓一切正常而電機不工作中并且驅(qū)動器標(biāo)示燈沒亮，這時候能夠分析判斷為驅(qū)動器內(nèi)保險斷掉。假如驅(qū)動器內(nèi)部是應(yīng)用自修復(fù)保險，能夠把電機和驅(qū)動器斷掉，等一段時間，不接電機再度通電，假如驅(qū)動器能一切正常則表明電機有短路故障。

5.驅(qū)動器使能數(shù)據(jù)信號不對：使能數(shù)據(jù)信號不對時，電機會沒有鎖住情況。目前市面上大部分驅(qū)動器全是不用聯(lián)接使能數(shù)據(jù)信號就可以一切正常工作中的，如果有通電不鎖住常見故障時能夠撥掉使能電極連接線以分辨是不是使能數(shù)據(jù)信號有誤。

6.驅(qū)動器基本參數(shù)不對：一般為電流量設(shè)定過小，電流量不能驅(qū)動器電機。

7.電源線接觸不良現(xiàn)象：電源線空氣氧化或螺釘沒卡緊。

8.電機自身的難題：電機軸銹蝕卡住、退磁、短路等。

9.脈沖信號難題：脈沖信號不符驅(qū)動器的數(shù)據(jù)信號規(guī)定，如脈沖寬度很小、單脈沖頻率太高、單脈沖的脈沖信號太低（如驅(qū)動器必須9V的脈沖信號，而出示的是3.3V）。

10.驅(qū)動器內(nèi)部電路故障：假如手里有好幾個同型的驅(qū)動器能夠立即對換得分辨。

深圳星火自動化科技有限公司，總部位于高新產(chǎn)業(yè)云集的深圳市寶安區(qū)，在北京設(shè)有分公司和生產(chǎn)基地，在無錫、青島、汕頭、瀏陽等地設(shè)有辦事處或分支機構(gòu)。星火自動化定位于運動控制類產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)與銷售，主要產(chǎn)品為“STD系列”的數(shù)字式步進電機驅(qū)動器、伺服電機驅(qū)動器、步進電機、專用數(shù)控系統(tǒng)等，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于數(shù)控機床、醫(yī)療設(shè)備、紡織印刷、雕刻機、激光打標(biāo)機、激光內(nèi)雕機、電子設(shè)備、剝線機、包裝機械、廣告設(shè)備、貼標(biāo)機、恒速應(yīng)用、機器人等多個行業(yè)。

很多朋友誤以為步進電機驅(qū)動器的細分越高，步進電機的精度就越高，其實這是一種錯誤的觀念。

1、要了解細分，先要弄清步距角這個概念：它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進脈沖信號，所轉(zhuǎn)動的角度。電機出廠時給出了一個步距角的值，如SVM060630型電機給出的值為0.9°/1.8°，這個步距角可以稱之為‘電機固有步距角'，它不一定是電機實際工作時的真正步距角。

2、細分?jǐn)?shù)就是指電機運行時的真正步距角是固有步距角(整步)的幾分指一。從上表可以看出：步進電機驅(qū)動器工作在10細分狀態(tài)時，其步距角只為‘電機固有步距角’的十分之一，這就是細分的基本概念。

3、更為準(zhǔn)確地描述驅(qū)動器細分特性的是運行拍數(shù)，運行拍數(shù)指步進電機運行時每轉(zhuǎn)一個齒距所需的脈沖數(shù)。請注意，如果運行拍數(shù)設(shè)為30，按上表對應(yīng)關(guān)系細分?jǐn)?shù)為不是一個整數(shù)。細分功能完全是由步進驅(qū)動器靠精確控制電機的相電流所產(chǎn)生的，與串機無關(guān)

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實際上兩種電機的控制都是調(diào)壓，只是由于無刷直流采用了電子換向，所以要有數(shù)字控制才可以實現(xiàn)了，而有刷直流是通過碳刷換向的，利用可控硅等傳統(tǒng)模擬電路都可以控制，比較簡單。

有刷馬達調(diào)速過程是調(diào)整馬達供電電源電壓的高低。調(diào)整后的電壓電流通過整流子及電刷地轉(zhuǎn)換，改變電極產(chǎn)生的磁場強弱，達到改變轉(zhuǎn)速的目的。這一過程被稱之為變壓調(diào)速。

無刷馬達調(diào)速過程是馬達的供電電源的電壓不變，改變電調(diào)的控制信號，通過微處理器再改變大功率MOS管的開關(guān)速率，來實現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。這一過程被稱之為變頻調(diào)速。

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深圳星火自動化科技有限公司陳博士拜訪東莞道元自動化技術(shù)有限公司。與道元王總就步進電機、伺服電機驅(qū)動器的應(yīng)用深入探討，并合影留念。道元是一家科技型設(shè)備企業(yè)，作為富士康核心供應(yīng)商，專門針對蘋果產(chǎn)線研發(fā)精密設(shè)備。就電機驅(qū)動的合作，雙方均有期待。

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減速電機就是普通電機加上了減速箱，這樣便降低了轉(zhuǎn)速，增加了扭力，使得普通電機有的更廣泛的使用空間。

這種集成體通常也可稱為齒輪馬達或齒輪電機，通常由專業(yè)的減速機生產(chǎn)廠進行集成組裝好后成套供貨。減速電機廣泛應(yīng)用于鋼鐵行業(yè)、機械行業(yè)等。使用減速電機的優(yōu)點是簡化設(shè)計、節(jié)省空間。第二次世界大戰(zhàn)后，軍事電子裝備的迅速發(fā)展促進了美國、蘇聯(lián)等國家微型減速電機,直流減速電機的開發(fā)和生產(chǎn)。隨著減速電機行業(yè)的不斷發(fā)展，越來越多的行業(yè)和企業(yè)運用到了減速電機，也有一批企業(yè)進入到了減速電機行業(yè)。

當(dāng)前，在世界微型減速電機和直流減速電機市場上，德、法、英、美、中、韓等國保持領(lǐng)先水平。中國微型減速電機以及直流減速電機產(chǎn)業(yè)創(chuàng)建于20世紀(jì)50年代，從為滿足武器裝備配套需要開始，歷經(jīng)仿制、自行設(shè)計、研究開發(fā)、規(guī)模制造階段，已形成產(chǎn)品開發(fā)、規(guī)?；a(chǎn)、關(guān)鍵零部件、關(guān)鍵材料、專用制造設(shè)備、測試儀器等配套完整、國際化程度不斷提高的產(chǎn)業(yè)體系。

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伺服電機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當(dāng)信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。

伺服電機主要靠脈沖來定位，基本上可以這樣理解，伺服電機接收到1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn)1個脈沖對應(yīng)的角度，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng)，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到0.001mm。  

直流伺服電機又分為有刷和無刷電機。有刷電機成本低，結(jié)構(gòu)簡單，啟動轉(zhuǎn)矩大，調(diào)速范圍寬，控制容易，需要維護，但維護不方便（換碳刷），而且會產(chǎn)生電磁干擾，對環(huán)境有要求。因此它可以用于對成本敏感的普通工業(yè)和民用場合。

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可通過串口通信接口與計算機相連,實現(xiàn)電機參數(shù)、保護參數(shù)、模擬信號輸入

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選型要點

工業(yè)應(yīng)用中所用步進電機速度高達600~1500rpm，更高轉(zhuǎn)速，可考慮閉環(huán)步進電機驅(qū)動，或是選用伺服驅(qū)動方案較合適步進電機選型步驟

（1）步距角的選擇

按照電機相數(shù)不同，有三種步距角:1.8°（兩相）、1.2°（三相）、0.72°（五相）。當(dāng)然五相的步距角精度最高但其電機及驅(qū)動器價格較昂貴，所以國內(nèi)極少采用。再加上現(xiàn)在的主流步進驅(qū)動器都采用了細分驅(qū)動技術(shù)，在4細分以下，細分步距角精度還是可以保證的，所以如果單獨從步距角精度的指標(biāo)考慮，五相步進電機可以由兩相或三相步進電機取代。例如，在某種導(dǎo)程為5mm的絲桿負(fù)載應(yīng)用中，如果采用兩相步進電機，驅(qū)動器設(shè)置在4細分，則電機每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)為200×4=800個，脈沖當(dāng)量為5÷800=0.00625mm=6.25μm，此精度可以滿足大部分應(yīng)用要求。（2）靜轉(zhuǎn)矩（保持轉(zhuǎn)矩）選擇

常用負(fù)載傳動機構(gòu)有同步帶、絲桿、齒輪齒條等，客戶首先計算其機器負(fù)載（主要是加速轉(zhuǎn)矩加上摩擦轉(zhuǎn)矩）折算到電機軸上所需負(fù)載轉(zhuǎn)矩。然后按照電杋所需最高運行速度，分以下兩種不同使用情況選用合適保持轉(zhuǎn)矩的步進電機①對所需電機速度為300pm以下的應(yīng)用:如機器負(fù)載折算到電機軸上所需負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T1，則此負(fù)載轉(zhuǎn)矩再乘以一個安全系數(shù)SF（一般取1.5-2.0），即得到所需步進電機的保持轉(zhuǎn)矩Tn②2對所需電機速度為300pm以上的應(yīng)用:設(shè)最高轉(zhuǎn)速Nmax，如機器負(fù)載折算到電機軸上所需負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T1，則此負(fù)載轉(zhuǎn)矩再乘以安全系數(shù)SF（一般取2.5~3.5），即得到保持轉(zhuǎn)矩Tn。初選一種合適型號。然后再利用矩頻曲線進行查驗對比:在矩頻曲線上，用戶所需的最高轉(zhuǎn)速Nmax，對應(yīng)此最高速度的最大失步轉(zhuǎn)矩為T2，則此最大失步轉(zhuǎn)矩T2需比T1大20％以上。否則，需重新選定保持轉(zhuǎn)矩大一個規(guī)格的電機，按照新選電機的矩頻曲線重新查驗對比。

（3）電機機座號選擇電機機座越大，其保持轉(zhuǎn)矩越大。

（4）按照額定電流來選定配套步進驅(qū)動器。

例如，某電機57CM23的額定電流為5A，則你選配的驅(qū)動器的允許最大電流需5A以上（請注意是有效值而不是峰值），否則你如果選了一款最大電流僅3A的驅(qū)動器，則電機的最大輸出轉(zhuǎn)矩僅能60％左右！5、應(yīng)用經(jīng)驗

（1）步進電機的低頻共振問題

細分步進驅(qū)動器是降低步進電機低頻共振的有效方法。在150rpm以下，細分驅(qū)動對降低電機振動效果是很明顯的。理論上，分越大，對降低步進電機振動效果越好，但實際情況是，細分增大到8或16以后，對降低步進電機振動的改善效果就已經(jīng)達極致了近幾年國內(nèi)外已有抗低頻共振的步進驅(qū)動器上市，星火STD. 遞歸DGD 系列產(chǎn)品，釆用了抗低頻共振技術(shù)。該系列驅(qū)動器利用諧波補償，通過幅值、相位的匹配補償，可以極大程度的降低步進電杋低頻振動，實現(xiàn)電機低振動低噪聲運行。

（2）步進電機細分對定位精度的影響

步進電機細分驅(qū)動電路不但可以提高裝備運動的平穩(wěn)性，而且可以有效地提高裝備的定位精度。試驗表明:在同步帶傳動的運動平臺上，步進電機4細分時，電機每步都可以準(zhǔn)確定位。

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步進電機轉(zhuǎn)速到底能達到多少轉(zhuǎn)/分鐘，一直是很多人心中的疑問。

所謂步進電機，就是根據(jù)控制信號運動，一個脈沖信號走一步，步進角則根據(jù)固有參數(shù)計算，比如以5相步進電機為例，采用基本步進角即無細分，則每給一個脈沖信號，步進電機運轉(zhuǎn)0.72°，500脈沖一圈。所以當(dāng)脈沖的頻率越高時，步進電機的運轉(zhuǎn)速度越快，比如脈沖頻率為500赫茲，則一秒轉(zhuǎn)一圈，依次計算即可。若牽涉到細分了，則根據(jù)細分后的步進角計算即可。

通過調(diào)節(jié)輸入驅(qū)動器的脈沖頻率以及驅(qū)動器的細分參數(shù)來達到調(diào)節(jié)步進電機轉(zhuǎn)速，實際是控制單位時間內(nèi)步進電機的步數(shù)。

相比于異步電機，步進電機1000轉(zhuǎn)/分就相當(dāng)于高速運轉(zhuǎn)了，但是1000轉(zhuǎn)/分對于步進電機而言到底有什么實際意義呢？

步進電機轉(zhuǎn)速上升時伴隨著扭矩的下降，當(dāng)步進電機扭矩下降到一定程度時，自身的扭矩已經(jīng)不能帶動其自身的重量，導(dǎo)致電機停止。

不同型號的步進電機使用不同的驅(qū)動器所能達到的最高轉(zhuǎn)速是不一樣的

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1、控制精度不同。步進電機的相數(shù)和拍數(shù)越多，它的精確度就越高，伺服電機取塊于自帶的編碼器，編碼器的刻度越多，精度就越高。

2、控制方式不同；一個是開環(huán)控制，一個是閉環(huán)控制。

3、低頻特性不同；步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象，當(dāng)它工作在低速時一般采用阻尼技術(shù)或細分技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象。

4、矩頻特性不同；步進電機的輸出力矩會隨轉(zhuǎn)速升高而下降，交流伺服電機為恒力矩輸出。

5、過載能力不同；步進電機一般不具有過載能力，而交流電機具有較強的過載能力。

6、運行性能不同；步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負(fù)載過大易丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖現(xiàn)象，交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠。

7、速度響應(yīng)性能不同；步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速需要上百毫秒，而交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，一般只需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合

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在對當(dāng)前設(shè)備進行升級改造時，往往會要求更大負(fù)載、更高速度、更快運行節(jié)拍等。但受空間結(jié)構(gòu)的限制，無法變更電動機的安裝尺寸。那么，如何在不改變電機安裝尺寸的情況下增加轉(zhuǎn)矩？

轉(zhuǎn)矩的影響因素很多，本次我們挑選了其中4個影響電動機轉(zhuǎn)矩的因素進行講解。

1、線圈卷數(shù)

2、驅(qū)動電流

3、轉(zhuǎn)子定子之間的空隙

4、驅(qū)動方式

步進電動機的轉(zhuǎn)矩與線圈卷數(shù)成有關(guān)。線圈卷數(shù)越多，起動時轉(zhuǎn)矩大，但高速時轉(zhuǎn)矩小。線圈卷數(shù)越少，起動時轉(zhuǎn)矩小，但與卷數(shù)多時相比，高速時轉(zhuǎn)矩較大。

驅(qū)動電流對轉(zhuǎn)矩的影響

步進電動機的轉(zhuǎn)矩與驅(qū)動電流成正比。電動機的驅(qū)動電流越大，電動機的輸出轉(zhuǎn)矩就越大。

但相對的，驅(qū)動電流越大，電動機的發(fā)熱量也越大。因此，輸入電流不能超過額定電流值。

根據(jù)上述內(nèi)容，結(jié)合命題在不改變電動機安裝尺寸的情況下增大轉(zhuǎn)矩，可以考慮以下解決方案

一、利用2相/5相步進電動機的不同轉(zhuǎn)矩特性

2相步進電動機和5相步進電動機的結(jié)構(gòu)不同。2相步進電動機定子上的小齒個數(shù)比5相步進電動機更多，對轉(zhuǎn)子的磁力吸引更強。并且2相步進電動機有更多的空間可以卷線圈，因此低速時2相電動機的轉(zhuǎn)矩較5相電動機更高。

下圖是相同安裝尺寸，2相/5相步進電動機的轉(zhuǎn)矩特性對比。

選用時可以根據(jù)實際轉(zhuǎn)速的需要，高速段選用5相產(chǎn)品，低速段選用2相產(chǎn)品。但市面上對常用為兩相步進電機，非特殊情況不會選用五相步進電機。

二、選用大電流產(chǎn)品

使用驅(qū)動電流更大的產(chǎn)品，可以獲得轉(zhuǎn)矩提升。

以譜思PMC007C6SXP系列閉環(huán)一體化步進電機為例，設(shè)置不同大小相電流可得到不同扭矩輸出，電流越大，扭矩輸出越大。

雖然電動機的驅(qū)動電流提高后轉(zhuǎn)矩會隨之增加。但相對的，電動機的發(fā)熱量也會增加。溫度過高會導(dǎo)致電動機線圈的絕緣劣化，縮短電動機的壽命。因此在設(shè)計和使用產(chǎn)品時，必須考慮發(fā)熱量，將驅(qū)動電流設(shè)定在合理范圍內(nèi)。

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