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发布时间：2025-08-09 12:51:47 | 作者: 半岛在线登录官网
四、计算例题（直线. 选择同步带直径Φ和步进电机细分数m 4. 计算电机力矩，选择电机型号
步距角：控制管理系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。 电机固有步距角 所用驱动器类型及工作状态 0.9°/1.8° 0.9°/1.8° 0.9°/1.8° 0.9°/1.8° 0.9°/1.8° 驱动器工作在半步状态 驱动器工作在5细分状态 驱动器工作在10细分状态 驱动器工作在20细分状态 驱动器工作在40细分状态 电机运行时的线°
② 加速度计算 控制管理系统要定位准 确，物体运动必须 有加减速过程，如 右图所示。 已知加速时间 ∆t 、最大速度Vmax，可得电机的角加速度：
步进驱动器：是一种能使步进电机运转的功率放大器，能把控制器 发来的脉冲信号转化为步进电机的角位移，电机的转速与脉冲频率 成正比，所以控制脉冲频率能精确调速，控制脉冲数就可以精确 定位。
恒流控制的基本思想是经过控制主 电路中MOSFET的导通时间，即调节 MOSFET触发信号的脉冲宽度，来达 到控制输出驱动电压进而控制电机 绕组电流的目的。
步进电动机简介 驱动器简介 电机选型计算方式 计算例题 电机接线 评判步进系统好坏的依据 使用的过程中普遍的问题及缘由分析 步进驱动系统的普遍的问题 （FAQ) 步进电动机与交流伺服电动机的性能比较 驱动器产品测试对比
机械传动比确定后，可根据控制管理系统的定位精度选择步进电机 的步距角及驱动器的细分等级。一般选电机的一个步距角对应 于系统定位精度的1/2 或更小。 注意：当细分等级大于1/4后，步距角的精度不能够确保。 伺服电机编码器的分辨率选择：分辨率要比定位精度高一个数量 级。
3. 电机力矩选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静 力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载，而负载可分为惯 性负载和摩擦负载二种。直接起动时（一般由低速）时二种负 载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行进只要 考虑摩擦负载。正常的情况下，静力矩应为摩擦负载的2-3倍内好， 静力矩一旦选定，电机的机座及长度便能确定下来（几何尺寸） • 转动惯量计算
6. 步进电动机主要参数 ① 步进电机的相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有 两相、三相、五相步进电机。 ② 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态，用m 表示，或指电机转过一个齿距角所需脉冲数。 ③ 保持转矩：是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子 的力矩。 ④ 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。 ⑤ 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩。 ⑥ 失步：电机运转时运转的步数，不等于理论上的步数。 ⑦ 失调角：转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在 失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。 ⑧ 运行矩频特性：电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与 频率关系的曲线 。
步进电动机的工作原理 步进电动机的机座号 步进电动机构造 步进电动机主要参数 步进电动机的特点
1. 步进电动机的历史：德国百格拉公司于1973年发明了五相混 合式步进电机及其驱动器；1993年又推出了性能更优越的三相 混合式步进电机。我国在80年代以前，一直是反应式步进电机占 统治地位，混合式步进电机是80年代后期才开始发展。 2. 步进电动机的定义：是一种专门用于速度和位置精确控制的 特种电机，它旋转是以固定的角度（称为步距角）一步一步运行 的，故称步进电机。 3. 步进电动机的工作原理 以单极性电机为例来解释 工作原理
已知：直线平台水平往复运动，最大行程L＝400 mm，同步带 传动；往复运动周期为T ＝ 4s；重复定位误差 ≤ 0.05 mm； 平台运动质量M ＝ 10 kg，无外力。 求：电机型号、同步带轮直径、最大细分数。
平台结构简图 1. 运动学计算 平均速度为： V = 0.4 / 2 = 0.2 m / s 设加速时间为0.1 S；(步进电机一般取加速时间为：0.1~1秒) (伺服电机一般取加速时间为：0.05~0.5秒) 则加减速时间共为0.2 S，且加减速过程的平均速度为最大速度的一 半。
① 步进电机一定时，供给驱动器的电压值对电机性能影响大， 电压越高，步进电机能产生的力矩越大，越有利于需要高速应 用的场合，但电机的发热随着电压、电流的增加而加大，所以 要注意电机的温度不能超过最大限值。 ② 一个可供参考的经验值：步进电机驱动器的输入电压一般设定在步进 步进 电机标称电压的3~25 3~25倍 电机标称电压的3~25倍。建议：57机座电机采用直流24V-48V，86机座 电机采用直流36-70V,110机座电机采用高于直流80V。 ③ 对变压器降压，然后整流、滤波得到的直流电源，其滤波电 容的容量可按以下工程经验公式选取：C=（8000 X I）/ V（uF） C=（ I） V（ C= I为绕组电流（A）；V为直流电源电压（V）
4. 步进电动机的机座号：主要有35、39、42、57、86、110等 5. 步进电动机构造：由转子（转子铁芯、永磁体、转轴、滚珠 轴承），定子（绕组、定子铁芯），前后端盖等组成。最典型两相 混合式步进电机的定子有8个大齿，40个小齿，转子有50个小齿； 三相电机的定子有9个大齿，45个小齿，转子有50个小齿。
微步驱动技术是一种电流波形控制技术。其基本思想是控制每相绕 组电流的波形，使其阶梯上升或下降，即在0和最大值之间给出多 个稳定的中间状态，定子磁场的旋转过程中也就有了多个稳定的中 间状态，对应于电机转子旋转的步数增多、步距角减小。采用细分 驱动技术能大大提高步进电机的步矩分辨率，减小转矩波动，避 免低频共振及降低运行噪声
1. 电机最大速度选择 步进电机最大速度一般在600～1200 rpm。 交流伺服电机额定速度一般在3000 rpm，最大转速为5000rpm。 机械传动系统要根据此参数设计。
V：电机转速（R/S）；P：脉冲频率（Hz）；θe：电机固有步距角； m：细分数（整步为1，半步为2）
4. 计算电机力矩，选择电机型号 第2级主动轮上的力矩：T2＝F×Φ3 / 2 第1级主动轮上，即电机轴上的力矩：T1＝T2× i ＝F× Φ3 / 2 × i = 0.155 Nm 由于没考虑同步带的效率、导轨和滑块装配误差造成的摩擦、同步带 轮的摩擦和转动惯量等因素，同时，步进电机在高速时扭矩要大幅度下 降；所以，取安全系数为3比较保险。 故，电机力矩To＝0.155 × 3 ＝ 0.465 Nm
1. 恒流驱动 2. 单极性驱动 3. 双极性驱动 4. 微步驱动 5. 步进电动机的闭环伺服控制 6. 导通和截止时的电机绕组电流和电压的关系 7. 电压和电流与转速、转矩的关系
显然，细分数太大，最大转速太低。 但是，同步带直径也不可能小2倍，所以只能增加一级减速
第2级主动轮直径仍取：Φ3＝ 30 mm； 第1级主动轮直径取：Φ1＝ 25 mm； 减速比取：i ＝ 1 ：3；
电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小， 则共振区向上偏移，反之亦然。步进电机低速转动时振动和噪声 大是其固有的缺点，克服两相混合式步进电机在低速运转时的振 动和噪声方法：
a. b. c. d. e. f. g. 通过改变减速比等物理运动避开共振区； 采用带有细分功能的驱动器； 换成步距角更小的步进电机； 选用电感较大的电机 换成交流伺服电机，几乎能完全克服震动和噪声，但成本高； 采用小电流、低电压来驱动。 在电机轴上加磁性阻尼器；
7. 步进电机的特点 ① 一般步进电机的精度为步距角的3-5%，且不累积； ② 步进电机外表允许的最高温度取决于不同电机磁性材料的退磁点； ③ 步进电机的力矩会随转速的升高而下降（U=EL(di/dt)I*R）
④ 空载启动频率：即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉 冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能 发生丢步或堵转。 步进电机的起步速度一般在10~100RPM，伺服电机的起步 速度一般在100~300RPM。根据电机大小和负载情况而定， 大电机一般对应较低的起步速度。 ⑤ 低频振动特性：步进电动机以连续的步距状态边移动边重复 运转。其步距状态的移动会产生1 步距响应。
