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步進電機的分類與選擇

現在比較常用的步進電機包括反應式步進電機(VR)、永磁式步進電機(PM)、混合式步進電機(HB)和單相式步進電機等。

反應式步進電動機采用高導磁材料構成齒狀轉子和定子,其結構簡單,生產成本低,步距角可以做的相當小,一般為三相,可實現大轉矩輸出,步進角一般為1.5度,但噪聲和振動都很大。反應式步進電機的轉子磁路由軟磁材料制成,定子上有多相勵磁繞組,利用磁導的變化產生轉矩,但動態性能相對較差。

永磁式步進電機轉子采用多磁極的圓筒形的永磁鐵,在其外側配置齒狀定子。用轉子和定子之間的吸引和排斥力產生轉動,它的出力大,動態性能好,但步距角一般比較大。一般為兩相,轉矩和體積較小,步進角一般為7.5度 或15度。

混合式步進電機是指混合了永磁式和反應式的優點。它又分為兩相和五相:兩相步進角一般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛,它是PM和VR的復合產品,其轉子采用齒狀的稀土永磁材料,定子則為齒狀的突起結構。此類電機綜合了反應式和永磁式兩者的優點,步距角小,出力大,動態性能好,是性能較好的一類步進電動機,在計算機相關的設備中多用此類電機。

步進電機有步距角(涉及到相數)、靜轉矩、及電流三大要素組成。一旦三大要素確定,步進電機的型號便確定下來了。

1、步距角的選擇

電機的步距角取決于負載精度的要求,將負載的最小分辨率(當量)換算到電機軸上,每個當量電機應走多少角度(包括減速)。電機的步距角應等于或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0.72度(五相電機)、0.9度/1.8度(二、四相電機)、1.5度/3度 (三相電機)等。

2、靜力矩的選擇

步進電機的動態力矩一下子很難確定,我們往往先確定電機的靜力矩。靜力矩選擇的依據是電機工作的負載,而負載可分為慣性負載和摩擦負載二種。單一的慣性負載和單一的摩擦負載是不存在的。直接起動時(一般由低速)時二種負載均要考慮,加速起動時主要考慮慣性負載,恒速運行進只要考慮摩擦負載。一般情況下,靜力矩應為摩擦負載的2-3倍內好,靜力矩一旦選定,電機的機座及長度便能確定下來(幾何尺寸)。

3、電流的選擇

靜力矩一樣的電機,由于電流參數不同,其運行特性差別很大,可依據矩頻特性曲線圖,判斷電機的電流(參考驅動電源、及驅動電壓)。

4、力矩與功率換算

步進電機一般在較大范圍內調速使用、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/60 P=2πnM/60
其P為功率單位為瓦,Ω為每秒角速度,單位為弧度,n為每分鐘轉速,M為力矩單位為牛頓·米

P=2πfM/400(半步工作)

其中f為每秒脈沖數(簡稱PPS)

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