步進電機是一種特殊的控制電機。它的旋轉以一個固定的角度(稱為“步進角度”)一步一步地進行。其特點是無累積誤差(精度為100%)，因此廣泛應用于各種開環控制中。步進電機必須由電子設備驅動，即步進電機驅動器，它將控制系統發出的脈沖信號轉換成步進電機的角位移，或者說，每次控制系統發出脈沖信號，步進電機就會通過驅動器旋轉一個步進角度。因此，步進電機的速度與脈沖信號的頻率成正比。雖然步進電機已經得到了廣泛的應用，但步進電機并不像普通的DC電機，常用的是交流電機。只有由雙環脈沖信號和功率驅動電路組成的控制系統才能使用。所以步進電機不好用，涉及到機械、電機、電子、計算機等很多專業知識。

本文主要介紹步進電機的選擇原則和誤差。首先介紹了步進電機的選擇原則，其次介紹了步進電機的選擇要素和步驟，最后闡述了步進電機選擇的誤差，具體按照小系列來詳細了解。

　　步進電機選型原則

1.首先，確定步進電機驅動負載所需的扭矩。最簡單的方法是在負載軸上加一個杠桿，用彈簧秤拉杠桿。張力乘以臂的長度就是負載力矩。或者根據負荷特性理論計算。因為步進電機是控制電機，所以目前常用的步進電機最大扭矩不超過45Nm。扭矩越大，成本越高。如果你選擇的電機扭矩比較大或者超過這個范圍，可以考慮加減速裝置。

2.確定步進電機的最高運行速度。速度指標在步進電機的選擇中非常重要。步進電機的特點是隨著電機轉速的增加，轉矩減小，其減小的速度與驅動器的驅動電壓、電機的相電流、電機的相位電感、電機的尺寸等諸多參數有關。一般規律是驅動電壓越高，轉矩下降越慢。電機相電流越大，轉矩下降越慢。設計方案時，電機轉速應控制在1500轉/分或1000轉/分。當然這不是標準，可以參考“矩頻特性”。

3.根據最大負載轉矩和最大轉速這兩個重要指標，參考“轉矩-頻率特性”，可以選擇自己的步進電機。如果你覺得你選的電機太大，可以考慮加個減速器，這樣可以節約成本，讓你的設計更靈活。為了選擇合適的減速比，需要綜合考慮扭矩和轉速的關系來選擇最佳方案。

4.最后，應考慮一定的(如30%)扭矩余量和轉速余量。

5.盡量選擇混合式步進電機，其性能要高于反射式步進電機。

6.盡量選擇細分驅動，使其在細分狀態下工作。

7.選擇時不要陷入只看電機轉矩的誤區，也就是說電機的轉矩越大越好，和速度指標一起考慮。

8.當速度要求較高時，可以選擇驅動電壓較高的驅動器。

9.采購時是用兩相還是三相，沒有具體要求，只要步角能滿足使用要求即可。

　　步進電機的選擇要素

1、臺階角度的選擇

電機的步距角取決于負載精度的要求。負載的最小分辨率(當量)換算成電機軸，每個當量電機應該走多少角度(包括減速)。電機的步進角度應等于或小于該角度。目前市場上步進電機的步距角一般為0.36度/0.72度(五相電機)、0.9度/1.8度(二相和四相電機)、1.5度/3度(三相電機)等等。

2.靜力矩的選擇

步進電機的動態轉矩很難一次確定，所以我們往往先確定電機的靜態轉矩。靜態轉矩的選擇是以電機的工作負載為基礎的，分為慣性負載和摩擦負載。沒有單一慣性載荷和單一摩擦載荷。直接起動(通常低速)時要考慮兩種載荷，而加速起動時主要考慮慣性載荷，恒速運行時只考慮摩擦載荷。一般情況下，靜扭矩應為摩擦載荷的2-3倍。一旦選擇了靜態扭矩，就可以確定電機的框架和長度(幾何尺寸)

3.電流選擇

由于電流參數的不同，相同靜態轉矩下的電機運行特性有很大的不同。根據轉矩-頻率特性圖可以判斷電機電流(指驅動電源和驅動電壓)。

綜上所述，電機選型一般應遵循以下步驟：

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　　4、力矩與功率換算

　　進電機一般在較大范圍內調速使用、其功率是變化的，一般只用力矩來衡量，力矩與功率換算如下：

　　其P為功率單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉速，M為力矩單位為牛頓·米 P=2πfM/400（半步工作） 其中f為每秒脈沖數（簡稱PPS）

　　步進電機的選型步驟詳解

　　1、步進電機轉矩的選擇

　　步進電機的保持轉矩，近似于傳統電機所稱的“功率”。當然，有著本質的區別。步進電動機的物理結構，完全不同于交流、直流電機，電機的輸出功率是可變的。通常根據需要的轉矩大小（即所要帶動物體的扭力大小），來選擇哪種型號的電機。大致說來，扭力在0.8N.m以下，選擇20、28、35、39、42（電機的機身直徑或方度，單位：mm）；扭力在1N.m左右的，選擇57電機較為合適。扭力在幾個N.m或更大的情況下，就要選擇86、110、130等規格的步進電機。

　　2、步過電機轉速的選擇

　　對于電機的轉速也要特別考慮。因為，電機的輸出轉矩，與轉速成反比。就是說，步進電機在低速（每分鐘幾百轉或更低轉速，其輸出轉矩較大），在高速旋轉狀態的轉矩（1000轉/分--9000轉）就很小了。當然，有些工況環境需要高速電機，就要對步進電動機的線圈電阻、電感等指標進行衡量。選擇電感稍小一些的電機，作為高速電機，能夠獲得較大輸出轉矩。反之，要求低速大力矩的情況下，就要選擇電感在十幾或幾十mH，電阻也要大一些為好。

　　3、步進電機空載起動頻率的選擇

　　步進電機空載起動頻率，通常稱為“空起頻率”。這是選購電機比較重要的一項指標。如果要求在瞬間頻繁啟動、停止，并且，轉速在1000轉/分鐘左右（或更高），通常需要“加速啟動”。如果需要直接啟動達到高速運轉，最好選擇反應式或永磁電機。這些電機的“空起頻率”都比較高。

　　4、步進電機的相數選擇

　　步進電機的相數選擇，這項內容，很多客戶幾乎沒有什么重視，大多是隨便購買。其實，不同相數的電機，工作效果是不同的。相數越多，步距角就能夠做的比較小，工作時的振動就相對小一些。大多數場合，使用兩相電機比較多。在高速大力矩的工作環境，選擇三相步進電機是比較實用的。

　　5、針對步進電機使用環境來選擇

　　特種步進電機能夠防水、防油，用于某些特殊場合。例如水下機器人，就需要放水電機。對于特種用途的電機，就要針對性選擇了。

　　6、根據您的實際情況可否需要特殊規格

　　特殊規格的步進電機，請和我們溝通，在技術允許的范圍內，加工訂貨。例如，出軸的直徑、長短、伸出方向等。

　　7、如有必要最好與廠家的技術工程師進一步溝通與確認型號

　　如有必要最好與廠家的技術工程師進一步溝通，以便于確認你要選擇的步進機電能否滿足你所要求各方面的指標。

　　步進電機選型幾大誤區盤點

　　1、兩相步進電機、三相步進電機與兩相電220伏、三相電380伏之間的誤區

　　步進電機按照內部構造不同，可以分為兩相步進電機、三相步進電機、五相步進電機，由于五相步進電機成本高，市場上很少出現，所以常用的就是兩相步進電機和三相步進電機。很多客戶剛接觸步進，經常會誤認為兩相步進電機就是220伏供電，三相步進電機就是380伏供電，其實是錯誤的。我們說的兩相三相步進電機是根據步進電機內部構造極對數來命名區分的，與220伏380伏供電沒有任何關系。

　　2、步進電機功率與扭矩之間的誤區

　　步進電機一般在較大范圍內調速使用，通常只用力矩來衡量，而且速度越快力矩就會越小，其功率是變化的，所以步進電機沒有功率這一說法，只說保持轉矩，有些客戶為了取代以往的普通的電機，想選個和以前大約差不多的功率的電機，這里有這樣一個大約的公式。

　　力矩與功率換算如下：

　　∵P=Ω.M

　　Ω=2П.n/60

　　∴P=2П.n.M/60，≈n.M/10 功率≈轉速*轉矩/10

　　其中P為功率，單位為瓦，Ω為每秒角速度，單位為弧度，n為每分鐘轉速，M為力矩，單位為N.m。

　　3、步進電機供電的誤區

　　步進電機如果正常運轉，必須與步進電機驅動器和發脈沖的控制器同時使用，而步進電機是不需要直接接電源的，步進電機的出線直接和驅動器連接，我們通常所說的供電電壓是指給驅動器的供電電壓，有很多客戶希望直接用220V的電壓來供電，方便快捷，但是不是所有步進電機都能實現，一般三相大功率的110步進電機所配驅動器MA-3208是可以直接220V供電的，其余的小功率的電機驅動器都是要配一個開關電源或者變壓器的。

　　4、步進電機命名的誤區

　　目前國內步進電機的命名方式可謂多種多樣，沒有一個統一的國標，各個廠家都以自己的方式命名，有很多客戶直接會問有沒有什么什么型號的步進電機，如果想找到一模一樣命名方式的電機替代，只有找原廠家。其實各個廠家步進電機都是一樣的，只是名字不同，我們只要抓住關鍵參數，法蘭邊長，保持轉矩，電機機身長度，步距角就可以確定可以替代的電機了。

　　5、步進電機基本步距角與細分之間的誤區

　　步進電機的細分技術實質上是一種電子阻尼技術，其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉精度只是細分技術的一個附帶功能。細分后電機運行時的實際步距角是基本步距角的幾分之一。（兩相步進電機的基本步距角是1.8°，即一個脈沖走1.8°，如果沒有細分，則是200個脈沖走一圈360°，細分是通過驅動器靠精確控制電機的相電流所產生的，與電機無關，如果是10細分，則發一個脈沖電機走0.18°，即2000個脈沖走一圈360°，電機的精度能否達到或接近0.18°，還取決于細分驅動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅動器精度可能差別很大;細分數越大精度越難控制。以次類推。三相步進電機的基本步距角是1.2°，即一個脈沖走1.2°，如果沒有細分，則是300個脈沖走一圈360°，如果是10細分，則發一個脈沖，電機走0.12°，即3000個脈沖走一圈360°，以次類推。