步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。

步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設(shè)備、復(fù)印機、傳真機等。

關(guān)鍵詞：步進電機,選擇,工作原理,控制電路

選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負(fù)載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩Mjmax大的電機，負(fù)載力矩大。

選擇步進電機時，應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當(dāng)量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進電機的細(xì)分驅(qū)動來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。

選擇功率步進電機時，應(yīng)當(dāng)估算機械負(fù)載的負(fù)載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機床快速移動的需要。

選擇步進電機需要進行以下計算：

（1）計算齒輪的減速比

根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比i計算如下:

i=(φ.S)/(360.Δ) (1-1) 式中φ ---步進電機的步距角（o/脈沖）
S ---絲桿螺距（mm)
Δ---(mm/脈沖）

（2）計算工作臺，絲桿以及齒輪折算至電機軸上的慣量Jt。

Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2] （1-2）
式中Jt ---折算至電機軸上的慣量(Kg.cm.s2)
J1、J2 ---齒輪慣量(Kg.cm.s2)
Js ----絲桿慣量(Kg.cm.s2) W---工作臺重量（N）
S ---絲桿螺距（cm）

（3）計算電機輸出的總力矩M

M=Ma+Mf+Mt （1-3）

Ma=（Jm+Jt).n/T×1.02×10ˉ2 （1-4）
式中Ma ---電機啟動加速力矩（N.m)
Jm、Jt---電機自身慣量與負(fù)載慣量(Kg.cm.s2)
n---電機所需達到的轉(zhuǎn)速（r/min）
T---電機升速時間（s）

Mf=(u.W.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-5）
Mf---導(dǎo)軌摩擦折算至電機的轉(zhuǎn)矩（N.m)
u---摩擦系數(shù)
η---傳遞效率
Mt=(Pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-6）
Mt---切削力折算至電機力矩（N.m)
Pt---最大切削力（N）

（4）負(fù)載起動頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機的啟動頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為

fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/Ml）÷(1+Jt/Jm)] 1/2 （1-7）
式中fq---帶載起動頻率（Hz）
fq0---空載起動頻率
Ml---起動頻率下由矩頻特性決定的電機輸出力矩（N.m)
若負(fù)載參數(shù)無法精確確定,則可按fq=1/2fq0進行估算.

（5）運行的最高頻率與升速時間的計算。由于電機的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率 時，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動負(fù)載，并留有足夠的余量。

（6）負(fù)載力矩和最大靜力矩Mmax。負(fù)載力矩可按式（1-5）和式（1-6）計算，電機在最大進給速度時，由矩頻特性決定的電機輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來說，Mf與Mt之和應(yīng)小于（0.2 ～0.4)Mmax.

步進電機和交流伺服電機是運動控制系統(tǒng)中最常用的兩種執(zhí)行電動機。在電機選型過程中，必須首先計算出負(fù)載通過機械傳動系統(tǒng)對電機軸的折算扭矩（T折），下面就幾中常見的機械傳動方式介紹折算扭矩（T折）的計算過程。

1、 重物提升
T折= (m×g×D) /(2×i) [N.m]

2、絲杠螺母傳動
T折= 1/I((F×t)/(2×π ×η)+Tb) [N.m] F=F0+μmg [N]

3、同步帶或齒輪齒條傳動
T折=(F×D)/( 2×i ×η) [N.m] F=F0+μmg [N]