微特電機的選用

第一講步進電動機系統的選擇方法(1)

    崔淑梅  程樹康(哈爾濱工業大學150001)

1概述

    在工業生產設備中，使用著各類能量變化的動力機械。根據媒體的不同，目前常用的有電氣式驅動元件、油壓式元件、氣壓式元件、水壓式元件，以及上述元件的各類組合。

    目前，隨著材料、計算機及功率電子學等學科的發展，純電氣驅動元件的使用日益擴大，尤其在民品等產業機械中，幾乎都是使用電氣式驅動元件。

    在工業實時控制中，對電氣驅動元件的要求越來越高。如，要求良好的速度控制特性、精確的位置控制、大轉矩、高效率等。因而，各類電機都在朝著機電一體化方向發展。使用上也更加注重其實用性。除傳統的直流電動機、感應電動機、同步電動機以外，直流伺服電動機、感應式交流伺服電動機、同步結構交流伺服電動機、步進電動機以及各類特種電動機的品種也越來越多，性能亦在不斷發展。

    由于電機特性、使用條件等因素的不同，如何根據負載條件，選擇合適的電動機，從而使所設計的系統能工作在較理想的狀態，是廣大工程技術人員比較關心的問題。我們根據多年的實際工作經驗及匯集相關的技術資料，給出主要類型電氣傳動元件，即電動機的選擇方法，希望對電機技術工作者及使用者有所幫助。

2步進電動機的選擇方法

    步進電動機由于可以開環方式控制而無需反饋，具有無累積定位誤差、能響應數字輸入信號等優點，廣泛用于工業自動化(fa)、辦公自動化(oa)、計算機終端和外設等領域。步進電動機系統是典型的機電一體化系統，選擇時需考慮機械、電磁等眾多因素。如步距角、負載轉矩、負載慣量、運行速度、加減速時間等。尤其是負載慣量直接影響步進電動機的起動頻率和加速轉矩，因而必須予以充分注意。

2．1  步進電動機的基本計算式及主要技術指標

2．1．1步進電動機的運動方程

    選擇步進電動機的基本計算式是以步進電動機的運動方程為基礎的。步進電動機的運動方程為：

式中j_e——負載慣量，kg·m²

    j_m——轉子慣量，kg·m²

    μ——動粘性摩擦系數，nm·s／rad

   t_e——負載轉矩，nm

    t_m——電機電磁轉矩，nm

    ω——角速度，rad／s

    g——重力加速度

在忽略μω的條件下：

式中  f——驅動頻率，脈沖／s

      q_s——步距角，(^o)

  若如圖1所示，作直線加減速時：

  2．1．2主要技術指標

    (1)****靜轉矩t_jmax

    ****靜轉矩是指步進電動機在規定的通電相數下矩角特性上的轉矩****值。繞組電流越大，****靜轉矩也越大。通常技術數據中所規定的****靜轉矩是指每相繞組通上額定電流時所得的值。

    (2)步距角

    每輸入一個電脈沖信號轉子轉過的角度。

    (3)矩頻特性

    矩頻特性分起動矩頻特性和運行矩頻特性。起動矩頻特性指在一定負載慣量下，起動頻率隨負載轉矩變化的關系。起動頻率是指步進電動機能夠不失步起動的****脈沖頻率。運行矩頻特性是指當電機帶著一定負載運行時，運行頻率與負載轉矩的關系。運行頻率是指步進電動機起動后，當控制脈沖連續上升而維持不失步的****頻率。

2．2選擇要素

    在選擇步進電動機時，首先必須知道以下系統參數和指標。

    (1)機械參數——主要指負載轉矩t_e和負載慣量j_e。

    (2)時間參數——如要求在多長時間(t₁)加速到多少頻率(f₂)等。

    (3)脈沖當量——每一脈沖步進電動機帶動負載所轉