工業(yè)控制領(lǐng)域，很多工業(yè)設(shè)備的運(yùn)動離不開步進(jìn)電機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號，轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)，又稱為步進(jìn)馬達(dá)、脈沖電機(jī)、步進(jìn)電動機(jī)。步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號，轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制電機(jī)，在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響。步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的，可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的，同時可以通過控制脈沖頻率，來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號時，它就可以驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”。

　　圖1、步進(jìn)電機(jī)原理簡圖步進(jìn)電機(jī)基于最基本的電磁鐵原理，它是一種可以自由回轉(zhuǎn)的電磁鐵，其動作原理是依靠氣隙磁導(dǎo)的變化來產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，步進(jìn)電機(jī)的角位移量與輸入的脈沖個數(shù)嚴(yán)格成正比，而且在時間上與脈沖同步，因而只要控制脈沖的數(shù)量、頻率和電機(jī)繞組的相序，即可獲得所需的轉(zhuǎn)角、速度和方向。步進(jìn)電機(jī)在工作時的位置和速度信號不反饋給控制系統(tǒng)，所以不需要反饋電路，這就使得步進(jìn)電機(jī)控制簡單、精度高，當(dāng)您希望將轉(zhuǎn)子驅(qū)動至指定位置時，非步進(jìn)電機(jī)需要根據(jù)反饋電路來確定轉(zhuǎn)子的位置。但是，步進(jìn)電機(jī)卻不需要這些反饋，因?yàn)樗梢院唵蔚貓?zhí)行多個步進(jìn)。實(shí)際運(yùn)用中步進(jìn)電機(jī)與控制器是不可分割的整體，通過MCU產(chǎn)生的控制脈沖信號是弱電信號，需要經(jīng)過驅(qū)動電路功率放大后才可以作用在電機(jī)的繞組上，使繞組按一定順序通電。只要各相繞組按既定的順序輪流通電，步進(jìn)電機(jī)就能產(chǎn)生所需的步進(jìn)運(yùn)動。步進(jìn)電機(jī)多用于數(shù)字式計算機(jī)的外部設(shè)備，以及打印機(jī)、繪圖機(jī)和磁盤等裝。

　　圖2、不需要反饋電路的步進(jìn)電機(jī)(圖源：東芝)

　　步進(jìn)電機(jī)有很多種分類標(biāo)準(zhǔn)，按輸出功率對電機(jī)進(jìn)行分類時，步進(jìn)電機(jī)如下圖所示，功率范圍是1W~1000W。步進(jìn)電機(jī)可以實(shí)現(xiàn)較大的輸出轉(zhuǎn)矩，因此能直接帶動較大負(fù)載，適合部分大功率的控制應(yīng)用。

　　圖2、按輸出功能分類的電機(jī)(圖源：東芝)

　　按電源對電機(jī)進(jìn)行分類時，步進(jìn)電機(jī)屬于直流電機(jī)分類中的特殊一項(xiàng)，由于步進(jìn)電機(jī)沒有換相碳刷，轉(zhuǎn)動是靠步進(jìn)驅(qū)動給的旋轉(zhuǎn)磁場，因此理論上步進(jìn)電機(jī)也可以算是一種直流無刷電機(jī)。

　　圖3、按電源分類的電機(jī)(圖源：東芝)

　　當(dāng)然，除了功率和供電電源方式外，電機(jī)系統(tǒng)還有其他基于電機(jī)結(jié)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)原理的分類方式。比如步進(jìn)電機(jī)有兩種類型，分別是單極型和雙極型。在相同電流且相同轉(zhuǎn)矩輸出的條件下，單極型步進(jìn)電機(jī)比雙極型步進(jìn)電機(jī)多一倍的線圈，成本更高，控制電路的結(jié)構(gòu)也不一樣，目前市場上流行的大多是雙極型步進(jìn)電機(jī)。

　　圖4、單極型和雙極型步進(jìn)電機(jī)(圖源：東芝)

　　步進(jìn)電機(jī)是由一組纏繞在電機(jī)固定部件--定子齒槽上的線圈驅(qū)動的，通常情況下，一根繞成圈狀的金屬絲叫做螺線管，而在電機(jī)中，繞在齒上的金屬絲則叫做繞組、線圈、或相。因此步進(jìn)電機(jī)在構(gòu)造上通常按照轉(zhuǎn)子特點(diǎn)和定子繞組數(shù)量進(jìn)行分類。 比如按定子數(shù)量來分類時，若有兩個定子，則稱為“2相電機(jī)”;若有三個定子，則稱為“3相電機(jī)”;若有五個定子，則稱為“5相電機(jī)”。最受歡迎的是兩相混合式步進(jìn)電機(jī)，約占97%以上的市場份額，其原因是性價比高，配上細(xì)分驅(qū)動器后效果良好。2相電機(jī)的基本步距角為1.8°/步，配上半步驅(qū)動器后，步距角減少為0.9°，配上細(xì)分驅(qū)動器后其步距角可細(xì)分達(dá)256倍(0.007°/微步)，由于摩擦力和制造精度等原因，實(shí)際控制精度略低，同一步進(jìn)電機(jī)可配不同細(xì)分的驅(qū)動器以改變精度和效果。

　　圖5、2相步進(jìn)電機(jī)(圖源：東芝)

　　當(dāng)步進(jìn)電機(jī)按轉(zhuǎn)子類型進(jìn)行分類時，可以分為由永磁體制成的轉(zhuǎn)子(PM型)、帶轉(zhuǎn)子齒的齒輪形轉(zhuǎn)子(VR型)以及與永磁體組合的齒輪形轉(zhuǎn)子(HB型)等幾類。

　　圖6、按轉(zhuǎn)子類型分類的步進(jìn)電機(jī)(圖源：東芝)

　　以PM型步進(jìn)電機(jī)為例，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致，當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度，轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度，每輸入一個電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，改變繞組通電的順序，電機(jī)就會反轉(zhuǎn)，所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。

　　圖7、PM型步進(jìn)電機(jī)工作原理

　　步進(jìn)電機(jī)和其它電機(jī)比較優(yōu)缺點(diǎn)都非常的突出，簡單來說，步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)包括電機(jī)操作簡單，易于通過脈沖信號輸入到電機(jī)進(jìn)行控制;不需要反饋電路來反饋旋轉(zhuǎn)軸的位置和速度信息(開環(huán)控制);由于沒有接觸電刷可靠性更高。當(dāng)然，在諸多優(yōu)點(diǎn)的襯托下，步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)也同樣直接，例如需要脈沖信號輸出電路;當(dāng)控制不適當(dāng)?shù)臅r候，可能會出現(xiàn)同步丟失現(xiàn)象;由于在旋轉(zhuǎn)軸停止后仍然存在電流而產(chǎn)生熱量。

　　圖8、步進(jìn)電機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)

　　步進(jìn)電機(jī)工作時的位置和速度信號不反饋給控制系統(tǒng)，開環(huán)控制簡單可靠，加上檢測反饋環(huán)節(jié)，可構(gòu)成高性能的閉環(huán)控制系統(tǒng)。如果電機(jī)工作時的位置和速度信號反饋給控制系統(tǒng)，那么它就屬于伺服電機(jī)。相對于伺服電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)的控制相對簡單，但不適用于精度要求較高的場合。具體來講，有以下優(yōu)點(diǎn)：1、步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動才可以運(yùn)轉(zhuǎn)，驅(qū)動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度(稱為步距角)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的速度和脈沖的頻率成正比，有比較寬的轉(zhuǎn)速范圍。2、步進(jìn)電機(jī)步距角穩(wěn)定，只與電機(jī)結(jié)構(gòu)等有關(guān)，不受電壓、電流、溫度等各種干擾因素影響。結(jié)構(gòu)簡單，使用維修方便，制造成本低。3、步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動角度與控制脈沖的數(shù)目成正比，沒有累積誤差，每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有較好的位置精度和運(yùn)動的重復(fù)性。4、步進(jìn)電機(jī)動態(tài)性能好，瞬間啟動和急速停止、正反轉(zhuǎn)及變速都能在少數(shù)控制脈沖內(nèi)完成。步進(jìn)電機(jī)改變脈沖的順序，可以方便的改變轉(zhuǎn)動的方向。 5、步進(jìn)電機(jī)體積小，在狹窄的空間內(nèi)仍可順利安裝，在中低速時具有較大轉(zhuǎn)矩，能夠比相同級別的伺服電機(jī)提供更大的扭矩輸出。步進(jìn)電機(jī)帶動負(fù)載慣量的能力大，也可以極低速的同步旋轉(zhuǎn)，適用于中小型機(jī)床和速度精度要求不高的地方。6、步進(jìn)電機(jī)由于沒有電刷，可靠性較高，因此電機(jī)的壽命僅僅取決于軸承的壽命。7、三相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為7.5度，一圈360度，需要48個脈沖完成。

　　圖9、步進(jìn)電機(jī)爆炸圖

　　步進(jìn)電機(jī)的缺點(diǎn)也很明顯：1、步進(jìn)電機(jī)如果控制不當(dāng)容易產(chǎn)生共振，噪音比其他微電機(jī)都高，效率較低。2、步進(jìn)電機(jī)不能直接使用交流或直流電源，需要適當(dāng)?shù)尿?qū)動電源才能運(yùn)行。3、步進(jìn)電機(jī)帶負(fù)載慣量的能力不強(qiáng)，難以運(yùn)轉(zhuǎn)到較高的轉(zhuǎn)速，難以獲得較大的轉(zhuǎn)矩。4、步進(jìn)電機(jī)可能出現(xiàn)低頻振蕩和失步。5、步進(jìn)電機(jī)在體積重量方面沒有優(yōu)勢，能源利用率低。6、步進(jìn)電機(jī)超過負(fù)載時會破壞同步，高速工作時會發(fā)出振動和噪聲。、7、步進(jìn)電機(jī)銅損鐵損都會以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來，因而步進(jìn)電機(jī)普遍存在發(fā)熱情況，且比一般交流電機(jī)嚴(yán)重。

　　8、步進(jìn)電機(jī)由于受到自身制造工藝的限制，如步距角的大小由轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)決定，但轉(zhuǎn)子齒數(shù)和運(yùn)行拍數(shù)是有限的，因此步進(jìn)電機(jī)的步距角一般較大并且是固定的，步進(jìn)的分辨率低、缺乏靈活性，物理裝置容易疲勞或損壞。

　　圖10、各種步進(jìn)電機(jī)用好步進(jìn)電機(jī)卻非易事，它涉及到機(jī)械、電機(jī)、電子及計算機(jī)等許多專業(yè)知識。步進(jìn)電機(jī)由步距角(涉及到相數(shù))、保持轉(zhuǎn)矩、電流三大要素組成。確定這三大要素，便能確定步進(jìn)電機(jī)的型號。步進(jìn)電機(jī)選型時可以參考以下步驟進(jìn)行：1、判斷需多大步距角電機(jī)的步距角取決于負(fù)載精度的要求，將負(fù)載的最小分辨率(當(dāng)量)換算到電機(jī)軸上，每個當(dāng)量電機(jī)應(yīng)走多少角度(包括減速)，電機(jī)的步距角應(yīng)等于或小于此角度。永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相(雙極性)和四相(單極性)，步距角一般為3.6度、7.5度、15度、18度，其中7.5度最常見;混合式步進(jìn)電機(jī)分為兩相、三相和五相：兩相、四相電機(jī)步矩角一般為1.8度和0.9度、三相步距角一般為1.2度，而五相步矩角一般有0.36度/0.72度。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，步距角一般為1.5度/3度 ，但噪聲和振動都很大，在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰。 兩相步進(jìn)電機(jī)成本低，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)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。2、判斷需保持轉(zhuǎn)矩保持轉(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(yùn)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。靜扭矩是選擇步進(jìn)電機(jī)的主要參數(shù)之一，負(fù)載大時，需采用大力矩電機(jī)，力矩指標(biāo)大時，電機(jī)外形也大。最簡單的方法是在負(fù)載軸上加一杠桿，用彈簧秤拉動杠桿，拉力乘以力臂長度即是負(fù)載力矩?；蛘吒鶕?jù)負(fù)載特性從理論上計算出來。由于步進(jìn)電機(jī)是控制類電機(jī)，所以目前常用步進(jìn)電機(jī)的最大力矩不超過45N.m ，力矩越大，成本越高，如果您所選擇的電機(jī)力矩較大或超過此范圍，可以考慮加配減速裝置。步進(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： P= Ω·M Ω=2π·n/60P=2πnM/60P=2πfM/400(1.8°電機(jī)半步工作)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為力矩單位為牛頓·米;f為每秒脈沖數(shù)(簡稱PPS)。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)。選擇步進(jìn)電機(jī)時，在最大同步轉(zhuǎn)矩以內(nèi)，選用根據(jù)運(yùn)行速度NM(f2)與必要轉(zhuǎn)矩TM表示的運(yùn)行區(qū)域內(nèi)的電機(jī)。安全系數(shù)Sf的基準(zhǔn)值對象組合產(chǎn)品安全系數(shù)(基準(zhǔn)值)

對象組合產(chǎn)品	安全系數(shù)(基準(zhǔn)值)
2相5相步進(jìn)電機(jī)	2
	1.2─2

　　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)。步進(jìn)電機(jī)的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩。保持轉(zhuǎn)矩選擇的依據(jù)是電機(jī)工作的負(fù)載，而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載二種。單一的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的。直接起動(一般是低速)時二種負(fù)載均要考慮，加速起動時主要考慮慣性負(fù)載，恒速運(yùn)行時只要考慮摩擦負(fù)載。一般情況下，保持轉(zhuǎn)矩應(yīng)為摩擦負(fù)載的2-3倍為好，保持轉(zhuǎn)矩一旦選定，電機(jī)的機(jī)座及長度便能確定下來(幾何尺寸)。選取時且勿走入只看保持轉(zhuǎn)矩這一個指標(biāo)的誤區(qū)，也就是說并非保持轉(zhuǎn)矩越大越好，要和速度指標(biāo)一起考慮。根據(jù)負(fù)載最大力矩和最高轉(zhuǎn)速這兩個重要指標(biāo)，再參考〈矩 - 頻特性〉，就可以選擇出適合自己的步進(jìn)電機(jī)。如果您認(rèn)為自己選出的電機(jī)太大，可以考慮加配減速裝置，這樣可以節(jié)約成本，也可以使您的設(shè)計更靈活。要選擇好合適的減速比，要綜合考慮力矩和速度的關(guān)系，選擇出最佳方案。3、判斷轉(zhuǎn)速

　　確定步進(jìn)電機(jī)的最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)速指標(biāo)在步進(jìn)電機(jī)的選取時至關(guān)重要，步進(jìn)電機(jī)的特性是隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的升高，扭矩下降，其下降的快慢和很多參數(shù)有關(guān)，如 : 驅(qū)動器的驅(qū)動電壓、電機(jī)的相電流、電機(jī)的相電感、電機(jī)大小等等，一般的規(guī)律是：驅(qū)動電壓越高，力矩下降越慢;電機(jī)的相電流越大，力矩下降越慢。因?yàn)?，電機(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)/分)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。步進(jìn)電機(jī)應(yīng)用于低速場合，轉(zhuǎn)速不超過1000轉(zhuǎn)/分，最好在150-450RPM間使用，可通過減速裝置使其在此間工作，此時電機(jī)工作效率高，噪音低。轉(zhuǎn)速要求高時，應(yīng)選相電流較大、電感較小的電機(jī)，以增加功率輸入，且在選擇驅(qū)動器時采用較高供電電壓。還要考慮留有一定的(如百分之30 )力矩余量和轉(zhuǎn)速余量。4、選擇合適的電流保持轉(zhuǎn)矩一樣的電機(jī)，由于電流參數(shù)不同，其運(yùn)行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖，判斷電機(jī)的電流，應(yīng)在曲線以下。一般電流0.5A以內(nèi)的適用于300RPM以內(nèi)，電流1A以上的適用于300RPM以上。5、電機(jī)的安裝規(guī)格如57、86、110等，主要與力矩要求有關(guān)。轉(zhuǎn)動慣量大的負(fù)載應(yīng)選擇大機(jī)座電機(jī)。特殊規(guī)格的步進(jìn)電機(jī)，得和原廠溝通，在技術(shù)允許的范圍內(nèi)，加工訂貨。例如，步進(jìn)電機(jī)出軸的直徑、長短、伸出方向等。 6、確定加減速常數(shù)選擇步進(jìn)電機(jī)時，用運(yùn)行速度NM與必要轉(zhuǎn)矩TM表示的運(yùn)行區(qū)域需控制在最大同步轉(zhuǎn)矩以內(nèi)。但是控制器輸出的脈沖信號，其加減速時的脈沖速度為階梯狀變化，劇烈加減速時段差會增大。因此，在大負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量的條件下，即使指示進(jìn)行劇烈加減速也可能無法運(yùn)行。為使得選用的電機(jī)運(yùn)行更正確，請確認(rèn)其加減速常數(shù)在下表的參考值以上。加減速常數(shù)(結(jié)合EMP系列的參考值)對象組合產(chǎn)品安裝尺寸加減速常數(shù)TRS [ms/kHz]

對象組合產(chǎn)品	安裝尺寸	加減速常數(shù)TRS [ms/kHz]
5相步進(jìn)電機(jī)	20、28、42、60	20以上
	85 (90)	30以上
2相步進(jìn)電機(jī)	20、28 (30)、35、42、 50、56.4、60	50以上
	85 (90)	75以上
	28(30)、42、60、85(90)	0.5以上*

　　表示無需確認(rèn)此項(xiàng)目。表中的數(shù)值為EMP系列設(shè)定的下限值。減速機(jī)型時也是上述加減速常數(shù)。但是，在使用半步，微步時需進(jìn)行以下?lián)Q算。

　　TRS – 加減進(jìn)常數(shù)[ms/kHz];

　　– 步距角 [°] ;

　　– 參照下表;i – 減速機(jī)型的減速比

對象組合產(chǎn)品	安裝尺寸	慣性比
2相5相步進(jìn)電機(jī)	20、28、35	5以下
	42、50、56.4、60、85	10以下
	28、42、60、85	30以下

　　慣性比的確認(rèn)

　　慣性比按以下計算式計算。慣性比 = JL / J0式中：J0 – 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量[kg·m2] ;JL – 全負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量[kg·m2] ;采用減速電機(jī)時，慣性比 = JL / (J0 ·i2 )式中：J0 – 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量[kg·m2] ;JL – 全負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量[kg·m2] ;i – 減速比若步進(jìn)電機(jī)的慣性比大，則起動、停止時的過沖現(xiàn)象與回沖現(xiàn)象也變大，因而會影響起動、穩(wěn)定時間。但是，控制器輸出的脈沖信號，其加減速時的脈沖速度為階梯狀變化，劇烈加減速時段差會增大。因此，若慣性比較大可能導(dǎo)致無法運(yùn)行。為使得選用的電機(jī)運(yùn)行更正確，請確認(rèn)其慣性比在下表的參考值以下。慣性比(參考值)對象組合產(chǎn)品安裝尺寸慣性比

　　2相5相步進(jìn)電機(jī)20、28、355以下

　　42、50、56.4、60、8510以下

　　28、42、60、8530以下

　　若超過表中數(shù)值范圍時，建議使用減速機(jī)型。7、確定定位精度和振動方面的要求情況

　　判斷是否需細(xì)分，需多少細(xì)分，根據(jù)電機(jī)的電流、細(xì)分和供電電壓選擇驅(qū)動器。高精度時，應(yīng)通過機(jī)械減速、提高電機(jī)速度或采用高細(xì)分?jǐn)?shù)的驅(qū)動器來解決，也可以采用5相電機(jī)。由于歷史原因，只有標(biāo)稱為12V電壓的電機(jī)使用12V電壓外，其他電機(jī)的電壓值不是驅(qū)動電壓伏值，可根據(jù)驅(qū)動器選擇驅(qū)動電壓(建議：42電機(jī)采用直流12V-24V，57電機(jī)采用直流24-36V)。當(dāng)然，12V的電壓除12V恒壓驅(qū)動外也可以采用其他驅(qū)動電源，不過要考慮溫升。8、確定“空起頻率”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。

　　圖11、步進(jìn)電機(jī)9、發(fā)熱耗損方面的考慮步進(jìn)電機(jī)長時間連續(xù)運(yùn)行的話，會致使溫度上升，超過電機(jī)內(nèi)部的耐熱等級130(B)溫度，使得絕緣性能劣化。隨運(yùn)行速度、負(fù)載條件及安裝狀態(tài)等條件不同，上升的溫度也會發(fā)生變化。請以運(yùn)行占空比50%以下為基準(zhǔn)進(jìn)行選型。運(yùn)行占空比超過50%時，請選擇轉(zhuǎn)矩較為充裕的電機(jī)，并采用降低運(yùn)行電流的使用方法。運(yùn)行占空比=(運(yùn)行時間/(運(yùn)行時間+停止時間))×10010、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。11、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，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)。

　　圖12、步進(jìn)電機(jī)選型參數(shù)圖12、應(yīng)遵循先選電機(jī)后選驅(qū)動器原則步進(jìn)電機(jī)最好不使用整步狀態(tài)，整步狀態(tài)時振動大。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)，如若必需則通過改變電壓、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)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(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)于3000RPM，直流伺服電機(jī)可可正常運(yùn)轉(zhuǎn)于10000RPM。電機(jī)在較高速或大慣量負(fù)載時，一般不在工作速度起動，而采用逐漸升頻提速。一電機(jī)不失步，二可以減少噪音、同時可以提高停止的定位精度。

　　圖13、步進(jìn)電機(jī)及其驅(qū)動器13、選擇驅(qū)動器和細(xì)分?jǐn)?shù)電機(jī)在90RPM以下工作，應(yīng)采用小電流、大電感、低電壓來驅(qū)動。最好不選擇整步狀態(tài)，因?yàn)檎綘顟B(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(shí)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(shí)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(yùn)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(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)速度、負(fù)載力矩范圍、減速器設(shè)置情況、精度要求、振動和噪聲。步進(jìn)電機(jī)一些驅(qū)動芯片選型

　　全球步進(jìn)電機(jī)原廠有美國Lin Engineering、美國ElectroCraft、美國Applied Motion Products、德國Phytron、瑞士Portescap、日本信濃、日本美蓓亞、日本尼得科、日本山洋電氣/SANMOTION、日本東方馬達(dá)、日本多摩川、日本三美、深圳雷賽智能、上海鳴志、重慶優(yōu)摩特、深圳立三機(jī)電、佛山藤尺機(jī)電、深圳智創(chuàng)電機(jī)、深圳永坤、科力爾、惠利普、中菱科技、萬至達(dá)等。碎片化的工控元器件市場，以終端產(chǎn)品會長期運(yùn)行在極高/低溫、高濕、強(qiáng)鹽霧和電磁輻射的惡劣環(huán)境中為前提，所以在穩(wěn)定性、可靠性和安全性方面要求會比商業(yè)級高。拍明芯城是快速撮合的元器件交易平臺，過去數(shù)年已積累了豐富的工業(yè)芯片的優(yōu)勢貨源。我們聚焦服務(wù)元器件長尾客戶群，讓每一家芯片原廠或分銷商的每一款芯片，在Design In、Design Win和流通中更高效，幫助工程師的方案選型、試樣及采購，為電子產(chǎn)業(yè)供需略盡綿薄之力。

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