安装和使用步进电机时可能会遇到的常见问题
作者：Eric Rice • 全国营销总监——鸣志集团成员
步进电机为自动化行业提供了一种经济高效且简单的方法来控制各种应用中的运动，例如包装设备、3D打印机、材料处理和分拣线、台式CNC机器等，许多旋转和线性定位轴都依赖于它们。 
步进电机的性价比优势在于它们的简单性和在开环控制方案中精确定位的能力，无需从电机到控制器的任何反馈。要获得开环步进系统的最佳性能优势，需要了解如何在应用中选择和安装步进电机。 以下是新手或有经验用户很容易犯的六个常见错误。 
第一个错误是使用保持扭矩作为性能指标来选择步进电机。保持扭矩是电机不运动并保持位置时产生的扭矩，它通常不是电机运动时产生的扭矩的可靠指标。当步进电机开始运动时，产生的扭矩会从保持扭矩值急剧下降，即使只是几转后也是如此。随着速度的增加，扭矩进一步下降。因此，不要仅根据保持转矩来选择步进电机，还请参考已发布的速度-扭矩曲线。 第二个错误是没有理解速度-扭矩曲线的性质。速度-扭矩曲线表示步进电机失速时的扭矩，当步进电机失速时，转子与定子失去同步，轴停止转动。为确保步进电机继续转动并提供足够的扭矩来移动负载，可以通过估算安全边际来评估速度-扭矩曲线。一个简单的方法是想象一条平行于速度-扭矩曲线的线，其高度大约为已发布曲线高度的1/2到2/3。这条假想线表示步进电机可以以最小的失速风险可靠的产生扭矩量。有关这方面的更多信息，请参见图 1（步进电机的典型速度-扭矩曲线）。 
图 1 — 步进电机的典型速度-扭矩曲线。在制造商公布的数据中，仅显示了实线，表示失速扭矩与速度的关系，用户必须估算可用的扭矩范围，如虚线所示。 
图 2 — 同一步进电机和驱动器组合的两条速度-扭矩曲线，只是电源电压不同。深绿色线显示48V电源的失速扭矩，浅绿色线显示24V电源的失速扭矩，12V电源会刺激更低的曲线。
步进电机的性价比优势在于它们的简单性和在开环控制方案中精确定位的能力，无需从电机到控制器的任何反馈。要获得开环步进系统的最佳性能优势，需要了解如何在应用中选择和安装步进电机。 以下是新手或有经验用户很容易犯的六个常见错误。 1、步进电机的扭矩规格比在实践中看到的要高。
在计算出应用中移动负载所需的扭矩后，用户可以根据步进电机的保持扭矩规格或速度-扭矩曲线来选择步进电机。一旦安装并连接到负载，电机就不会产生预期的扭矩量。 第一个错误是使用保持扭矩作为性能指标来选择步进电机。保持扭矩是电机不运动并保持位置时产生的扭矩，它通常不是电机运动时产生的扭矩的可靠指标。当步进电机开始运动时，产生的扭矩会从保持扭矩值急剧下降，即使只是几转后也是如此。随着速度的增加，扭矩进一步下降。因此，不要仅根据保持转矩来选择步进电机，还请参考已发布的速度-扭矩曲线。 第二个错误是没有理解速度-扭矩曲线的性质。速度-扭矩曲线表示步进电机失速时的扭矩，当步进电机失速时，转子与定子失去同步，轴停止转动。为确保步进电机继续转动并提供足够的扭矩来移动负载，可以通过估算安全边际来评估速度-扭矩曲线。一个简单的方法是想象一条平行于速度-扭矩曲线的线，其高度大约为已发布曲线高度的1/2到2/3。这条假想线表示步进电机可以以最小的失速风险可靠的产生扭矩量。有关这方面的更多信息，请参见图 1（步进电机的典型速度-扭矩曲线）。 图 1 — 步进电机的典型速度-扭矩曲线。在制造商公布的数据中，仅显示了实线，表示失速扭矩与速度的关系，用户必须估算可用的扭矩范围，如虚线所示。 2、步进电机太热了，肯定有问题。
步进电机设计为热运行，步进电机中最常用的绝缘等级是B级，其额定工作温度高达130°C。这意味着步进电机的表面温度在发生故障之前可以达到90°C或更高，因此，请将步进电机安装在远离人体能接触到的区域。 由于开环步进电机在没有任何电流反馈（或速度或位置反馈）的情况下运行，因此无论扭矩需求如何，驱动器提供的电流都是恒定的。为了从步进电机获得最大扭矩，制造商在制造它们时考虑了B级绝缘；因此，电流额定值旨在最大化扭矩输出而不会过热。最终结果是步进电机会产生很大的扭矩……但这样做也会变得很热。3、可以使用12伏电源为步进电机和驱动器供电吗？
对于任何类型的电机，不仅仅是步进电机，电源电压与电机速度直接相关。随着向系统提供更高的电压，电机达到更高的速度，为伺服电机和直流电机指定的额定电源电压对应于其他额定规格，包括速度、扭矩和功率。如步进电机指定了额定电压，则通常不超过步进电机的绕组电阻乘以额定电流。这对于产生保持扭矩很有用，但在步进电机移动时用处很小。与所有电动机一样，当轴开始移动时，步进电动机会产生反电动势 (BEMF) 电压，阻止电流流入绕组，要产生可用扭矩，电源电压必须大大高于BEMF。 速度-扭矩曲线中指定的电源电压是基本信息。如果忽略，例如在发布的曲线要求使用 48V 电源时使用 12V 电源，电机将无法达到预期的扭矩。有关这方面的更多信息，请参见图 2（同一步进电机和驱动器组合的两条速度-扭矩曲线）。 图 2 — 同一步进电机和驱动器组合的两条速度-扭矩曲线，只是电源电压不同。深绿色线显示48V电源的失速扭矩，浅绿色线显示24V电源的失速扭矩，12V电源会刺激更低的曲线。