步进电机的选型计算方法

selina 在 周五, 05/12/2017 - 12:54 提交

selina的头像

作者:章文俊

【步进电机原理】

Step Motor 是一种电磁执行元件,将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动。每输入一个脉冲,电机转轴步进一个步距角增量。电机总的回转角与输入脉冲数成正比例,相应的转速取决于输入脉冲频率。

【步进电机应用】

通常用作定位控制和定速控制。步进电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。
广泛应用于机电一体化产品中,如:数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。

【步进电机选型总则】

1、首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时,首先要计算机械系统的负载转矩,电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中,各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。一般地说最大静力矩Mjmax大的电机,负载力矩大。

2、选择步进电机时,应使步距角和机械系统匹配,这样可以得到机床所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量,一是可以改变丝杆的导程,二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率,不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。

3、选择功率步进电机时,应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率,使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量,使之最高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。

【步进电机选型常用计算公式】

(1)计算齿轮的减速比

根据所要求脉冲当量,计算齿轮减速比 i
i=(φ.S)/(360.Δ) (公式1-1)
式中 φ ---步进电机的步距角(o/脉冲),S ---丝杆螺距(mm),Δ---(mm/脉冲)

(2)计算工作台,丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量 Jt

Jt=J1+(1/i2)[(J2+Js)+W/g(S/2π)2] (公式1-2)
式中 Jt ---折算至电机轴上的惯量(Kg.cm.s2),J1、J2 ---齿轮惯量(Kg.cm.s2),Js ----丝杆惯量(Kg.cm.s2),W---工作台重量(N),S ---丝杆螺距(cm)

(3)计算电机输出的总力矩 M

M=Ma+Mf+Mt (公式1-3)
Ma=(Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 (公式1-4)
式中 Ma ---电机启动加速力矩(N.m),Jm、Jt---电机自身惯量与负载惯量(Kg.cm.s2),n---电机所需达到的转速(r/min),T---电机升速时间(s)
Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 (公式1-5)
式中 Mf---导轨摩擦折算至电机的转矩(N.m),u---摩擦系数,η---传递效率
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 (公式1-6)
式中 Mt---切削力折算至电机力矩(N.m),Pt---最大切削力(N)

(4)负载起动频率估算

数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系,其估算公式为
fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml)÷(1+Jt/Jm)] 1/2 (公式1-7)
式中fq---带载起动频率(Hz),fq0---空载起动频率,Ml---起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩(N.m),若负载参数无法精确确定,则可按fq=1/2fq0进行估算。

(5)运行的最高频率与升速时间的计算

由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降,因此在最高频率时,由矩频特性的输出力矩应能驱动负载,并留有足够的余量。

(6)负载力矩和最大静力矩Mmax

负载力矩可按公式(1-5)和公式(1-6)计算,电机在最大进给速度时,由矩频特性决定的电机输出力矩要大于Mf与Mt之和,并留有余量。一般来说,Mf与Mt之和应小于(0.2 ~0.4)Mmax。

本文转自:步进电机的选型计算方法

点击这里,获取更多电机控制设计信息

主图: 

 步进电机的选型计算方法

用户喜欢...

了解电器的最新电机BLDC设计注意事项

诸如洗衣机,空调和冰箱的可变频率家用电器通常使用无刷DC电机(BLDC)。这些电机因其高效率,低噪音和无级调速而在家用电器中很受欢迎。 仍有许多低功率电机 - 例如洗衣机和洗碗机中的...


使用无刷DC驱动器设计的六种奇怪方法

我已经知道了两个绝对真理。首先,无刷直流电机驱动器很酷。每个人都喜欢旋转电机的快感,无刷直流电机通过高速,高功率和高效率来提升令人惊叹的因素。其次,工程师喜欢有创意。有时...


电机控制系统 - 波德图和稳定性

什么是控制系统?控制系统将其系统的未来状态改变为更理想的结果。我们经常使用 反馈控制系统 (也称为 闭环控制 ),其中命令的结果被反馈到控制系统中。特别是我们正在寻找命令和所...


如何用旋转变压器精确确定电机角位和速度

电子监控和控制机械系统,如工业电机,伺服系统,机器人和车辆动力传动系,对提高效率,可靠性和安全性非常重要。然而,有效控制需要高精度的角度和速度旋转确定,这由于电噪声和恶劣...


电机控制开发之无人机技术

到 2050 年,全球人口可能接近 100 亿。联合国粮食及农业组织 (UN FAO) 2017 粮食及农业未来报告指出,农业产量需增产 50% 才可提供充足的粮食。 联合国粮食及农业组织指出了若干亟待解决的粮食...


顶级飞行无人机技术

在考虑无人机时,你可能会想到四转子带有四个独立的电动机,每个电动机都驱动一个螺旋桨。在讨论这些电机时,设计工程师强调它们只是航空航天系统的一部分。电机必须与电源(电池),...


电机栅极驱动隔离:转光耦合器,变压器或其他

在工程学中,术语隔离有很多含义。在基本电路设计中,它指的是一种拓扑结构,其中整个系统的两个子电路是电隔离的,它们之间没有欧姆或电流路径(无限电阻),但信号,功率或两者仍然...


压电电动机的驱动器设计

对于大多数电气工程师而言,简单的术语电机意味着一件事:电磁旋转运动单元。需要线性而非旋转运动的工程师考虑添加某种机械连杆或者可能是线性感应电磁马达。然而,由于控制,机械公...


无传感器控制的逆变器驱动用于BLDC电机

Z源逆变器(ZSI)是一种DC-AC转换器,可以作为单级执行降压和升压功能。 ZSI的独特尝试是直通状态,通过该状态可以在同一时刻打开同一相脚的两个开关。 因此,不需要死区时间,并且输出失...


交流电压电机驱动的数字隔离

隔离是交流电压电机驱动的一个组成部分。有几种提供电隔离的方法 - 主要使用光耦合器和数字隔离器。与传统的光耦合器相比,数字隔离器的使用提供了多种优势 - 其中一些包括降低成本,减...


通过增强隔离选择用于电机控制的感应电阻

电流检测电阻的使用是电机控制系统设计趋势的一部分,受益于采用新的数字隔离技术。 这些技术基于组件级标准IEC 60747-17的引入,为设计人员提供了更高的可靠性水平,该标准规定了电容式...


提高电机控制编码器应用的可靠性和性能

旋转编码器广泛用于工业自动化系统。这种编码器的典型用途是用于电机,其中编码器连接到旋转轴,从而为控制系统提供反馈。虽然编码器的主要用途是角度位置和速度测量,但其他功能(例...


为电机控制解决方案提供面向未来的功能

面向功能的生产力和增长,拥有自己的现代功能,如无所不在的无线通信和物联网能力。在解决方案开发阶段,必须自动考虑,添加和满足此需求。这是一个强制性步骤,使制造商能够加速新能...


设计无传感器FOC电机控制的快速简便方法

今天,电机控制应用设计师面临来自市场,竞争对手和监管机构的压力,以优化其系统的性能和效率,同时将电子系统的成本降至最低。 从家用电器中的泵,风扇和压缩机到无人机和电动自行...


伺服电机知识汇总!值得收藏

selina 在 周一, 12/04/2017 - 10:36 提交 伺服电机servomotor “伺服”一词源于希腊语“奴隶”的意思。“伺服电机”可以理解为绝对服从控制信号指挥的电机:在控制信号发出之前,转子静止不动...


玩转电机轴承结构设计——轴承设计“8不要”保电机安全运行

selina 在 周二, 11/28/2017 - 11:34 提交 轴承及与之相关的零部件,如端盖、轴承套、轴承内外盖、挡油盘等组合在一起称之为“轴承结构”,并非狭义的轴承本身的结构。 轴承在电机中的作用:...