步進電動機的選擇: 為您的應用選擇合適的步進電機的綜合指南
選擇合適的步進電機是一項至關重要的任務，直接影響性能, 效率, 和申請的壽命. 無論您是要確保自動化系統的可靠性還是採購部門的一部分旨在優化供應商選擇的合規官, 了解步進電動機的細微差別至關重要.
在本指南中, 我們將深入研究選擇 適當的步進電機, 檢查可用的各種類型, 並提供比較分析以幫助您的決策過程.
了解步進馬達基礎知識
A 步進電機 是一種機電設備，可將電脈沖轉換為離散的機械運動. 與傳統電動機不同, 步進電動機以精確的步驟移動, 使其非常適合需要準確定位和速度控制的應用. 本節將簡要概述步進電機的基本特徵.
步進電動機的類型
步進電機 有多種類型, 每個都有獨特的屬性，使其適合特定應用. 了解這些類型對於做出明智的決定至關重要.
1. 永久磁鐵步進電動機
永久磁鐵 (午安) 步進電動機在轉子中使用永久磁鐵，並在轉子和定子桿之間的吸引力和排斥力上運行. 他們以簡單性和成本效益而聞名. 這些電動機通常適用於需要低到中扭矩和中等精度的應用.
2. 可變不情願步進電動機
可變磁阻 (虛擬實境) 步進電動機的特徵是用軟鐵製成的轉子, 它可以使自己對齊以最大程度地減少轉子和定子之間的不情願. 它們通常用於需要高速和低扭矩的應用. VR步進電動機與其他類型相比，由於其較低.
3. 混合步進電動機
混合步進電動機 結合PM和VR電動機的功能, 提供高扭矩和精度. 它們是最通用的類型, 使它們適合廣泛的應用. 混合步進電動機通常是需要高性能和精確度的應用程序的首選.
步進電動機選擇的主要考慮因素
選擇合適的步進電機涉及評估幾個關鍵因素. 這些考慮確保所選電動機與您的應用程序的要求和約束保持一致.
扭力要求
扭矩是步進電機選擇的關鍵因素. 確定應用程序的扭矩要求至關重要, 包括持有扭矩和跑步扭矩. 保持扭矩是保持電動機不移動所需的扭矩量, 在操作過程中需要運行扭矩. 低估扭矩要求可能會導致性能問題和運動故障.
步距角和分辨率
步進電動機的步長決定其分辨率和精度. 需要較小步驟角的電動機的應用良好位置精度受益的應用. 至關重要的是要平衡步驟角度和速度和扭矩要求以確保最佳性能.
速度和加速度
步進電動機的速度和加速度功能必須符合您應用的需求. 考慮電動機必須實現的最大速度以及加速到該速度所需的速度. 高速應用需要低慣性和高扭矩與進入比率的電動機.
環境條件
溫度等環境因素, 濕度, 暴露於灰塵或化學物質會影響運動性能. 選擇旨在承受應用程序環境條件的電動機至關重要. 具有較高進水保護的電動機 (IP) 評分為環境因素提供了更好的抵抗力.
步進電機類型的比較分析
幫助您的選擇過程, 我們根據幾個關鍵標準對不同的步進運動類型進行比較分析.
扭矩和速度功能
- 永久磁鐵電動機: 提供適度的扭矩和速度, 適用於通用應用.
- 可變的不情願電動機: 提供高速但較低的扭矩, 高速的理想選擇, 低負載應用程序.
- 混合動力電動機: 傳遞高扭矩和精度, 使它們適合苛刻的申請.
費用考慮
- 永久磁鐵電動機: 通常是最具成本效益的選擇, 預算意識項目的理想.
- 可變的不情願電動機: 通常比混合動力車更實惠，但用途較低.
- 混合動力電動機: 成本更高, 通過出色的性能和多功能性證明.
精度和準確性
- 永久磁鐵電動機: 提供適度的精度, 適用於精度要求較少的應用.
- 可變的不情願電動機: 由於其設計而提供較低的精度.
- 混合動力電動機: 提供高精度, 需要確切定位的應用的理想選擇.
步進電動機的現實應用程序
步進電動機在眾多行業中找到申請, 從製造和機器人技術到醫療保健和消費電子產品. 了解他們的現實應用程序可以洞悉其多功能性和實用性.
製造和自動化
在製造中, 步進電動機用於CNC機器, 3數位印表機, 和傳送帶系統, 精確的控制和重複性是必不可少的. 它們在惡劣環境中運行的能力使它們非常適合自動生產線.
機器人技術和航空航天
步進電動機是運動控制和定位的機器人技術不可或缺的. 在航空航天, 它們被用在衛星定位系統和航空電子學中, 精確性和可靠性至關重要的地方.
醫療設備
在醫療領域, 步進電動機用於成像系統, 點滴幫浦, 和實驗室自動化設備, 精度和可靠性對於患者的安全和診斷準確性至關重要.
步進電動機選擇案例
案件 1: 擰緊 + 步進電動機直接驅動
- 工作條件分析:
- 摩擦係數: 0.1
- 由於重力而加速: 10
- 效率計算: 耦合 + 軸承 + 螺絲= 0.99 × 0.99 × 0.95 = 0.93
- 耦合慣性: 0.1 ×10^-4 kg·m²
- 螺釘參數:
- 帶領: 40毫米
- 最大工作速度: 0.5多發性硬化症
- 加速時間: 0.5s
- 載入: 50公斤
- 螺絲旋轉慣性: 0.6 ×10^-4 kg·m²
- 螺釘參數計算:
- 旋轉速度: n = v/a = 12.5rps = 750rpm
- 恆定速度扭矩: t = pb (μmg + F) / 2pi = 0.04 × 550 / (2 × 3.14 × 0.93) = 3.76nm
- 加速扭矩: j_total = 20.7 ×10^-4 kg·m², b = 157 rad/s², t = j_total×β= 0.32499nm
- 總負載扭矩: t =加速扭矩 + 恆定速度扭矩= 4.085nm
- 安全係數: 選擇一個安全係數 1.5, 選定的扭矩= 4.085 × 1.5 = 6.1275nm
- 結論: 需要以750rpm/12.5rps的速度輸出至少6.2nm的步進電機
案件 2: 步進電動機輸出軸直接通過皮帶連接到皮帶輪以驅動滾輪
- 參數:
- 皮帶輪直徑: 3公分, 重量: 0.01公斤
- 轉子慣性: 0.023kg·cm²
- 皮帶重量: 0.04公斤
- 滾子直徑: 6公分, 重量: 0.15公斤
- 轉子軸摩擦扭矩: 0.03kgf·cm
- 要求: 滾輪應使用步進電動機在0.1秒內從靜止狀態加速到300rpm (步長1.8°)
- 計算:
- 電機軸上的總負載慣性J = J1 + J2 + J3 + J4 = 0.293kg·Cm²
- 電動機速度= 300 × (60/30) = 600rpm
- Drive Pulse Frequency f2 = 6 × 600 / 1.8 = 2000pps
- Required Torque T = 2.93 × 10^-5 × (1.8π/180) (2000 – 0) / 0.1 + 0.0029 = 0.0213Nm
- Safety Factor SF = 1.5, then T = 32mN·m (0.327kgf·cm)
- 結論: A stepper motor with this torque can meet the requirements at 2000pps
案件 3: 負載慣性為2kg·cm²的加速扭矩計算
- 參數:
- Load Inertia: 2kg·cm²
- 加速時間: 0.1s
- Friction Torque: 0
- 步距角: 1.8°
- Motor Shaft Rotational Inertia: 2kg·cm²
- Friction Torque: 0.3kgf·cm²
- 轉子慣性: 0.5kg·cm²
- 加速時間: 40ms
- Pulse Frequency: 1600pps
- 計算: T = J × (ω2 – ω1) / t = 2 × (157 – 0) / 0.1 = 314Nm
- 結論: Select a stepper motor with output torque that meets the requirements
案件 4: 皮帶傳輸系統的步進電動機選擇
- 參數:
- Load Weight: 50公斤
- Synchronous Pulley Diameter: 120毫米
- Reduction Ratios R1 = 10, R2 = 2
- Load and Machine Friction Coefficient: 0.6
- Maximum Load Speed: 30m/min
- 加速時間: 200ms
- 計算:
- Load Inertia Reflected to Motor Shaft
- Required Motor Speed
- Torque required to drive the load, including the torque needed to overcome friction and the torque needed for load acceleration
- 結論: 根據計算結果選擇一個符合負載要求的步進運動模型
案件 5: 擊球螺釘結構的伺服電機選擇
- 參數:
- Load Weight: 200公斤
- 螺絲引線: 20毫米
- 螺絲直徑: 50毫米
- 螺釘重量: 40公斤
- 摩擦係數: 0.2
- 機械效率: 0.9
- 負載運動速度: 30m/min
- 計算:
- Load Inertia Reflected to Motor Shaft
- Required Motor Speed
- Torque required to drive the load, 包括克服摩擦所需的扭矩以及負載和螺釘加速所需的扭矩
- 結論: 通過比較不同步進電機模型的扭矩頻率曲線來選擇滿足負載要求的步進電機
案件 6: 自動設備的步進電動機選擇
- 參數:
- 載入: 5公斤
- 中風: 100毫米
- 精確: 0.1毫米
- 計算:
- 靜態扭矩要求: 0.5牛米
- 動態扭矩要求: 0.8牛米
- 結論: 選擇一個兩相步進電動機，其台階角為1.8°，額定電流為2A, 與恆定電流驅動器匹配, 輸出2A的電流和24V的電壓
結論
選擇正確的步進電動機是一項複雜的任務，需要仔細考慮各種因素, 包括扭矩, 速度, 精確, 和環境條件. 通過了解不同類型的步進電機及其各自的優勢, 您可以做出明智的決定，以確保應用程序的最佳性能.
無論您是合規官確保自動化系統中的監管依從性還是採購團隊優化供應商選擇的一部分, 本指南提供了必要的知識，可以自信地瀏覽步進電動機的複雜性.
