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步进电机的选型示例

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步进电机的选型示例

发布日期:2023-08-28 作者:www.tioforum.com 点击:

  电机扭矩的计算涉及到两部分:


  1.克服驱动机构的摩擦转矩Tf


  2.克服负载和电机转子惯量的启动转矩Tj


  电机扭矩T=(Tf+Tj)*S,S:安全系数一般去1.3~2,理论上负载折算到电机轴的惯量与电机转子惯量比小于5


  力矩负载和惯量负载


  依据电机在一定驱动速度的条件下,其所带的负载转矩、负载惯量(转动惯量)和必需的加速转矩,来计算所选择步进电机的输出转矩。


  负载转矩为TL,欲驱动其到f2的转速,则先在低速f1启动电机,然后加速到f2。此时,负载包含有转子的转动惯量J,因此要使其加速,就必须要施加加速转矩Ta,则TL+Ta为步进电机加速运行到f2转速所需的转矩。


  示例1:求负载惯量为2kg.cm²,w1=0,w2=157rad/s(25rps),TL=0,ta=0.1s时的加速所需的转矩。


  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步进电机,电机轴的转动惯量为2kg.cm²,摩擦转矩为0.3kgf.cm²,求用40ms由停止状态加速到1600pps所需的转矩是多少?转子惯量为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


  安全系数取2,则T=0.628Nm


  示例3:如下图所示,步进电机输出轴直接连接皮带轮通过皮带驱动滚筒。此时,滑轮直径为3cm,其重量为0.01kg,转子的惯量为0.023kg·cm²,皮带重量为0.04kg,滚筒直径为6cm,滚筒重量为0.15kg,转子轴的摩擦转矩为0.03kgf·cm。试选择滚筒由停止开始用0.1s时间能加速到300rpm转速的步进电机(步距角1.8°)


  解(1)计算电机轴的总负载惯量J(转子惯量+皮带轮惯量+皮带惯量+滚筒惯量):


  滑轮惯量为


  J1=(WD²/8)G²=(0.01/8)×32=0.011(kg·cm²)


  滚筒的惯量为


  J2=(WD²/8)G²=(0.15×62/8)×(3/6)2=0.169(kg·cm²)


  W为重量,D为直径,G为减速比(皮带轮直径/滚轮直径)


  皮带的惯量:


  J3=(W/4)D²=(0.04/4)32=0.09(kg·cm²)


  W为重量,D为皮带轮直径。


  转子惯量为


  J4=0.023(kg·cm²)


  折算至电机轴的总惯量为


  J=J1+J2+J3+J4=0.293(kg·cm²)


  总惯量计算


  (2)电机的转速:


  电机的转速为


  300×(60/30)=600(rpm)


  此时的驱动脉冲频率f2为


  6×600/1.8=2000pps


  求出加速转矩,所需的转矩为T=2.93×10-5×(1.8π/180)(2000-0)/0.1+0.0029=0.0184+0.0029=0.0213Nm


  若安全系数SF=1.5,则T=32mN·m(0.327kgf·cm),选用此种转矩的步电机在2000pps即可满足要求。


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