步进电机的选择计算

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选择步进电机时，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。

选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到系统所需的脉冲当量。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。

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。

依据电机在一定驱动速度的条件下，其所带的负载转矩、负载惯量（转动惯量）和必需的加速转矩，来计算所选择步进电机的输出转矩。

负载惯量所需的加速转矩和摩檫转矩

负载转矩TL时，欲驱动其到f2的转速，则先在低速f1起动电机，然后加速到f₂。此时，负载包含有转子的转动惯量J，因此要使其加速，就必须要施加加速转矩T_a，则（T_L+T_a）为步进电机欲加速运行到f₂转速所需的转矩。此加速转矩即为式下式的第一项：

上式的D为比例速度的系数，第二项比其他的项小可忽略不计。T_M为电机产生的转矩，（T_M-T_L）为产生加速度的转矩。令加速到转子角速度ω₂时驱动脉冲到达f₂（pps），然后恒速运行，再进行减速运行，达到转子角速度ω₁，驱动频率返回到f₁（pps），最后停止。此时的梯形面积相当于总步数，即电机轴在横轴的时间内转动的步数，负载到达定位位置。设加速时间为t_a。步距角为θ_s，则加速转矩用下式表示：

步进电机的失步转矩为该步进电机所能输出的最大转矩。选择步进电机，转矩的安全系数SF选择1.3~2，下式决定所需的转矩：

T=SF（T_a+T_L）

【例题】：求负载惯量为2kg•cm²，ω₁=0，ω₂=157rad/s（相当于25rps)，T_L=0，t_a=0.1s时的加速所需的转矩。

【解】：J=2（kg•cm²）=2×10^-4（kg•m²），根据式上面的（式1）T_a=J（ω₂-ω₁）/t_a

T=2×10^-4×（157-0）/0.1=0.314（N•m）

转矩的单位为kgf•cm，1kgf=9.8N，用下式来计算：

T=0.314×100-9.8=0.314×10.2=3.20kg•cm

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