安裝和使用步進電機時可能會遇到的常見問題
作者：Eric Rice • 全國營銷總監(jiān)——鳴志集團成員
步進電機為自動化行業(yè)提供了一種經(jīng)濟高效且簡單的方法來控制各種應用中的運動，例如包裝設備、3D打印機、材料處理和分揀線、臺式CNC機器等，許多旋轉和線性定位軸都依賴于它們。 
步進電機的性價比優(yōu)勢在于它們的簡單性和在開環(huán)控制方案中精確定位的能力，無需從電機到控制器的任何反饋。要獲得開環(huán)步進系統(tǒng)的最佳性能優(yōu)勢，需要了解如何在應用中選擇和安裝步進電機。 以下是新手或有經(jīng)驗用戶很容易犯的六個常見錯誤。 
第一個錯誤是使用保持扭矩作為性能指標來選擇步進電機。保持扭矩是電機不運動并保持位置時產(chǎn)生的扭矩，它通常不是電機運動時產(chǎn)生的扭矩的可靠指標。當步進電機開始運動時，產(chǎn)生的扭矩會從保持扭矩值急劇下降，即使只是幾轉后也是如此。隨著速度的增加，扭矩進一步下降。因此，不要僅根據(jù)保持轉矩來選擇步進電機，還請參考已發(fā)布的速度-扭矩曲線。 第二個錯誤是沒有理解速度-扭矩曲線的性質(zhì)。速度-扭矩曲線表示步進電機失速時的扭矩，當步進電機失速時，轉子與定子失去同步，軸停止轉動。為確保步進電機繼續(xù)轉動并提供足夠的扭矩來移動負載，可以通過估算安全邊際來評估速度-扭矩曲線。一個簡單的方法是想象一條平行于速度-扭矩曲線的線，其高度大約為已發(fā)布曲線高度的1/2到2/3。這條假想線表示步進電機可以以最小的失速風險可靠的產(chǎn)生扭矩量。有關這方面的更多信息，請參見圖?1（步進電機的典型速度-扭矩曲線）。 
圖 1 — 步進電機的典型速度-扭矩曲線。在制造商公布的數(shù)據(jù)中，僅顯示了實線，表示失速扭矩與速度的關系，用戶必須估算可用的扭矩范圍，如虛線所示。 
圖 2 — 同一步進電機和驅動器組合的兩條速度-扭矩曲線，只是電源電壓不同。深綠色線顯示48V電源的失速扭矩，淺綠色線顯示24V電源的失速扭矩，12V電源會刺激更低的曲線。
步進電機的性價比優(yōu)勢在于它們的簡單性和在開環(huán)控制方案中精確定位的能力，無需從電機到控制器的任何反饋。要獲得開環(huán)步進系統(tǒng)的最佳性能優(yōu)勢，需要了解如何在應用中選擇和安裝步進電機。 以下是新手或有經(jīng)驗用戶很容易犯的六個常見錯誤。 1、步進電機的扭矩規(guī)格比在實踐中看到的要高。
在計算出應用中移動負載所需的扭矩后，用戶可以根據(jù)步進電機的保持扭矩規(guī)格或速度-扭矩曲線來選擇步進電機。一旦安裝并連接到負載，電機就不會產(chǎn)生預期的扭矩量。 第一個錯誤是使用保持扭矩作為性能指標來選擇步進電機。保持扭矩是電機不運動并保持位置時產(chǎn)生的扭矩，它通常不是電機運動時產(chǎn)生的扭矩的可靠指標。當步進電機開始運動時，產(chǎn)生的扭矩會從保持扭矩值急劇下降，即使只是幾轉后也是如此。隨著速度的增加，扭矩進一步下降。因此，不要僅根據(jù)保持轉矩來選擇步進電機，還請參考已發(fā)布的速度-扭矩曲線。 第二個錯誤是沒有理解速度-扭矩曲線的性質(zhì)。速度-扭矩曲線表示步進電機失速時的扭矩，當步進電機失速時，轉子與定子失去同步，軸停止轉動。為確保步進電機繼續(xù)轉動并提供足夠的扭矩來移動負載，可以通過估算安全邊際來評估速度-扭矩曲線。一個簡單的方法是想象一條平行于速度-扭矩曲線的線，其高度大約為已發(fā)布曲線高度的1/2到2/3。這條假想線表示步進電機可以以最小的失速風險可靠的產(chǎn)生扭矩量。有關這方面的更多信息，請參見圖?1（步進電機的典型速度-扭矩曲線）。 圖 1 — 步進電機的典型速度-扭矩曲線。在制造商公布的數(shù)據(jù)中，僅顯示了實線，表示失速扭矩與速度的關系，用戶必須估算可用的扭矩范圍，如虛線所示。 2、步進電機太熱了，肯定有問題。
步進電機設計為熱運行，步進電機中最常用的絕緣等級是B級，其額定工作溫度高達130°C。這意味著步進電機的表面溫度在發(fā)生故障之前可以達到90°C或更高，因此，請將步進電機安裝在遠離人體能接觸到的區(qū)域。 由于開環(huán)步進電機在沒有任何電流反饋（或速度或位置反饋）的情況下運行，因此無論扭矩需求如何，驅動器提供的電流都是恒定的。為了從步進電機獲得最大扭矩，制造商在制造它們時考慮了B級絕緣；因此，電流額定值旨在最大化扭矩輸出而不會過熱。最終結果是步進電機會產(chǎn)生很大的扭矩……但這樣做也會變得很熱。3、可以使用12伏電源為步進電機和驅動器供電嗎？
對于任何類型的電機，不僅僅是步進電機，電源電壓與電機速度直接相關。隨著向系統(tǒng)提供更高的電壓，電機達到更高的速度，為伺服電機和直流電機指定的額定電源電壓對應于其他額定規(guī)格，包括速度、扭矩和功率。如步進電機指定了額定電壓，則通常不超過步進電機的繞組電阻乘以額定電流。這對于產(chǎn)生保持扭矩很有用，但在步進電機移動時用處很小。與所有電動機一樣，當軸開始移動時，步進電動機會產(chǎn)生反電動勢 (BEMF) 電壓，阻止電流流入繞組，要產(chǎn)生可用扭矩，電源電壓必須大大高于BEMF。 速度-扭矩曲線中指定的電源電壓是基本信息。如果忽略，例如在發(fā)布的曲線要求使用 48V 電源時使用 12V 電源，電機將無法達到預期的扭矩。有關這方面的更多信息，請參見圖?2（同一步進電機和驅動器組合的兩條速度-扭矩曲線）。 圖 2 — 同一步進電機和驅動器組合的兩條速度-扭矩曲線，只是電源電壓不同。深綠色線顯示48V電源的失速扭矩，淺綠色線顯示24V電源的失速扭矩，12V電源會刺激更低的曲線。