微特电机的选用

第一讲步进电动机系统的选择方法(1)

    崔淑梅  程树康(哈尔滨工业大学150001)

1概述

    在工业生产设备中，使用着各类能量变化的动力机械。根据媒体的不同，目前常用的有电气式驱动元件、油压式元件、气压式元件、水压式元件，以及上述元件的各类组合。

    目前，随着材料、计算机及功率电子学等学科的发展，纯电气驱动元件的使用日益扩大，尤其在民品等产业机械中，几乎都是使用电气式驱动元件。

    在工业实时控制中，对电气驱动元件的要求越来越高。如，要求良好的速度控制特性、精确的位置控制、大转矩、高效率等。因而，各类电机都在朝着机电一体化方向发展。使用上也更加注重其实用性。除传统的直流电动机、感应电动机、同步电动机以外，直流伺服电动机、感应式交流伺服电动机、同步结构交流伺服电动机、步进电动机以及各类特种电动机的品种也越来越多，性能亦在不断发展。

    由于电机特性、使用条件等因素的不同，如何根据负载条件，选择合适的电动机，从而使所设计的系统能工作在较理想的状态，是广大工程技术人员比较关心的问题。我们根据多年的实际工作经验及汇集相关的技术资料，给出主要类型电气传动元件，即电动机的选择方法，希望对电机技术工作者及使用者有所帮助。

2步进电动机的选择方法

    步进电动机由于可以开环方式控制而无需反馈，具有无累积定位误差、能响应数字输入信号等优点，广泛用于工业自动化(fa)、办公自动化(oa)、计算机终端和外设等领域。步进电动机系统是典型的机电一体化系统，选择时需考虑机械、电磁等众多因素。如步距角、负载转矩、负载惯量、运行速度、加减速时间等。尤其是负载惯量直接影响步进电动机的起动频率和加速转矩，因而必须予以充分注意。

2．1  步进电动机的基本计算式及主要技术指标

2．1．1步进电动机的运动方程

    选择步进电动机的基本计算式是以步进电动机的运动方程为基础的。步进电动机的运动方程为：

式中j_e——负载惯量，kg·m²

    j_m——转子惯量，kg·m²

    μ——动粘性摩擦系数，nm·s／rad

   t_e——负载转矩，nm

    t_m——电机电磁转矩，nm

    ω——角速度，rad／s

    g——重力加速度

在忽略μω的条件下：

式中  f——驱动频率，脉冲／s

      q_s——步距角，(^o)

  若如图1所示，作直线加减速时：

  2．1．2主要技术指标

    (1)****静转矩t_jmax

    ****静转矩是指步进电动机在规定的通电相数下矩角特性上的转矩****值。绕组电流越大，****静转矩也越大。通常技术数据中所规定的****静转矩是指每相绕组通上额定电流时所得的值。

    (2)步距角

    每输入一个电脉冲信号转子转过的角度。

    (3)矩频特性

    矩频特性分起动矩频特性和运行矩频特性。起动矩频特性指在一定负载惯量下，起动频率随负载转矩变化的关系。起动频率是指步进电动机能够不失步起动的****脉冲频率。运行矩频特性是指当电机带着一定负载运行时，运行频率与负载转矩的关系。运行频率是指步进电动机起动后，当控制脉冲连续上升而维持不失步的****频率。

2．2选择要素

    在选择步进电动机时，首先必须知道以下系统参数和指标。

    (1)机械参数——主要指负载转矩t_e和负载惯量j_e。

    (2)时间参数——如要求在多长时间(t₁)加速到多少频率(f₂)等。

    (3)脉冲当量——每一脉冲步进电动机带动负载所转