步進(jìn)電機(jī)的選型示例
電機(jī)扭矩的計(jì)算涉及到兩部分： 1.克服驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf 2.克服負(fù)載和電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Tj。 電機(jī)扭矩T=（Tf+Tj）*S，S：安全系數(shù)一般去1.3~2，理論上負(fù)載折算到電機(jī)軸的慣量與電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量比小于5 
依據(jù)電機(jī)在一定驅(qū)動(dòng)速度的條件下，其所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、負(fù)載慣量（轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）和必需的加速轉(zhuǎn)矩，來(lái)計(jì)算所選擇步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。 負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL，欲驅(qū)動(dòng)其到f2的轉(zhuǎn)速，則先在低速f1啟動(dòng)電機(jī)，然后加速到f2。此時(shí)，負(fù)載包含有轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，因此要使其加速，就必須要施加加速轉(zhuǎn)矩Ta，則TL+Ta為步進(jìn)電機(jī)加速運(yùn)行到f2轉(zhuǎn)速所需的轉(zhuǎn)矩。 示例1：求負(fù)載慣量為2kg.cm²，w1=0，w2=157rad/s(25rps)，TL=0，ta=0.1s時(shí)的加速所需的轉(zhuǎn)矩。 解：J=2kg.cm²=2×10-4kg.m² T=2×10-4×（157-0）/0.1=0.314Nm 示例2：使用步距角1.8°的HB步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2kg.cm²，摩擦轉(zhuǎn)矩為0.3kgf.cm²，求用40ms由停止?fàn)顟B(tài)加速到1600pps所需的轉(zhuǎn)矩是多少？轉(zhuǎn)子慣量為0.5 kg.cm²。 解：J=2+0.5=2.5kg.cm²=2.5×10-4kg.m² f2– f1=1600pps ta=0.04s T=2.5×10-4×（π/180）×1.8×1600/0.04=0.314Nm 安全系數(shù)取2，則T=0.628Nm 示例3：如下圖所示，步進(jìn)電機(jī)輸出軸直接連接皮帶輪通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)滾筒。此時(shí)，滑輪直徑為3cm，其重量為0.01kg，轉(zhuǎn)子的慣量為0.023kg·cm²，皮帶重量為0.04kg，滾筒直徑為6cm，滾筒重量為0.15kg，轉(zhuǎn)子軸的摩擦轉(zhuǎn)矩為0.03kgf·cm。試選擇滾筒由停止開(kāi)始用0.1s時(shí)間能加速到300rpm轉(zhuǎn)速的步進(jìn)電機(jī)（步距角1.8°） 解（1）計(jì)算電機(jī)軸的總負(fù)載慣量J（轉(zhuǎn)子慣量+皮帶輪慣量+皮帶慣量+滾筒慣量）： 滑輪慣量為 J1=（WD²/8）G²=（0.01/8）×32=0.011（kg·cm²） 滾筒的慣量為 J2=（WD²/8）G²=（0.15×62/8）×（3/6）2=0.169（kg·cm²） W為重量，D為直徑，G為減速比（皮帶輪直徑/滾輪直徑） 皮帶的慣量: J3=（W/4）D²=（0.04/4）32=0.09（kg·cm²） W為重量，D為皮帶輪直徑。 轉(zhuǎn)子慣量為 J4=0.023（kg·cm²） 折算至電機(jī)軸的總慣量為 J=J1+J2+J3+J4=0.293（kg·cm²） 
（2）電機(jī)的轉(zhuǎn)速： 電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 300×（60/30）=600（rpm） 此時(shí)的驅(qū)動(dòng)脈沖頻率f2為 6×600/1.8=2000pps 求出加速轉(zhuǎn)矩，所需的轉(zhuǎn)矩為T=2.93×10-5×（1.8π/180）（2000-0）/0.1+0.0029=0.0184+0.0029=0.0213Nm 若安全系數(shù)SF=1.5，則T=32mN·m（0.327kgf·cm），選用此種轉(zhuǎn)矩的步電機(jī)在2000pps即可滿足要求。
依據(jù)電機(jī)在一定驅(qū)動(dòng)速度的條件下，其所帶的負(fù)載轉(zhuǎn)矩、負(fù)載慣量（轉(zhuǎn)動(dòng)慣量）和必需的加速轉(zhuǎn)矩，來(lái)計(jì)算所選擇步進(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩。 負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TL，欲驅(qū)動(dòng)其到f2的轉(zhuǎn)速，則先在低速f1啟動(dòng)電機(jī)，然后加速到f2。此時(shí)，負(fù)載包含有轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J，因此要使其加速，就必須要施加加速轉(zhuǎn)矩Ta，則TL+Ta為步進(jìn)電機(jī)加速運(yùn)行到f2轉(zhuǎn)速所需的轉(zhuǎn)矩。 示例1：求負(fù)載慣量為2kg.cm²，w1=0，w2=157rad/s(25rps)，TL=0，ta=0.1s時(shí)的加速所需的轉(zhuǎn)矩。 解：J=2kg.cm²=2×10-4kg.m² T=2×10-4×（157-0）/0.1=0.314Nm 示例2：使用步距角1.8°的HB步進(jìn)電機(jī)，電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2kg.cm²，摩擦轉(zhuǎn)矩為0.3kgf.cm²，求用40ms由停止?fàn)顟B(tài)加速到1600pps所需的轉(zhuǎn)矩是多少？轉(zhuǎn)子慣量為0.5 kg.cm²。 解：J=2+0.5=2.5kg.cm²=2.5×10-4kg.m² f2– f1=1600pps ta=0.04s T=2.5×10-4×（π/180）×1.8×1600/0.04=0.314Nm 安全系數(shù)取2，則T=0.628Nm 示例3：如下圖所示，步進(jìn)電機(jī)輸出軸直接連接皮帶輪通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)滾筒。此時(shí)，滑輪直徑為3cm，其重量為0.01kg，轉(zhuǎn)子的慣量為0.023kg·cm²，皮帶重量為0.04kg，滾筒直徑為6cm，滾筒重量為0.15kg，轉(zhuǎn)子軸的摩擦轉(zhuǎn)矩為0.03kgf·cm。試選擇滾筒由停止開(kāi)始用0.1s時(shí)間能加速到300rpm轉(zhuǎn)速的步進(jìn)電機(jī)（步距角1.8°） 解（1）計(jì)算電機(jī)軸的總負(fù)載慣量J（轉(zhuǎn)子慣量+皮帶輪慣量+皮帶慣量+滾筒慣量）： 滑輪慣量為 J1=（WD²/8）G²=（0.01/8）×32=0.011（kg·cm²） 滾筒的慣量為 J2=（WD²/8）G²=（0.15×62/8）×（3/6）2=0.169（kg·cm²） W為重量，D為直徑，G為減速比（皮帶輪直徑/滾輪直徑） 皮帶的慣量: J3=（W/4）D²=（0.04/4）32=0.09（kg·cm²） W為重量，D為皮帶輪直徑。 轉(zhuǎn)子慣量為 J4=0.023（kg·cm²） 折算至電機(jī)軸的總慣量為 J=J1+J2+J3+J4=0.293（kg·cm²） （2）電機(jī)的轉(zhuǎn)速： 電機(jī)的轉(zhuǎn)速為 300×（60/30）=600（rpm） 此時(shí)的驅(qū)動(dòng)脈沖頻率f2為 6×600/1.8=2000pps 求出加速轉(zhuǎn)矩，所需的轉(zhuǎn)矩為T=2.93×10-5×（1.8π/180）（2000-0）/0.1+0.0029=0.0184+0.0029=0.0213Nm 若安全系數(shù)SF=1.5，則T=32mN·m（0.327kgf·cm），選用此種轉(zhuǎn)矩的步電機(jī)在2000pps即可滿足要求。