步进电机基础（7.1）-步进电机的选择方法-电机种类的选择（各种步进电机的优缺点）

  • 前言
    • 基本信息
    • 前言说明
    • 说明
  • 7.1 电机种类的选择
    • 1 . 由PM型 、VR型 、HB型来选定
    • 2 . 步进电机的相数选择
      • 步进电机的优缺点表格表示
      • 步进电机的优缺点文字表示
        • 1) 两相PM型步进电机
        • 2) 两相HB型步进电机
        • 3) 三相HB型步进电机
        • 4) 五相HB型步进电机
        • 5) 三相RM型步进电机
        • 6)三相PM型步进电机：
      • 总结

前言

基本信息

名称 描述说明
教材名称 步进电机应用技术
作者 坂本正文
译者 王自强

前言说明

根据我读的《步进电机应用技术》这本书，进行的学习过程中的知识记录和心得体会的记录。

说明

  本章之前为基础篇，本章之后为应用篇。本章介绍在众多种类的步进电机中如何正确选择所需步进电机的种类。电机的选择方法如不正确，不能获得良好的使用效果。明确步进电机的使用条件，与选择适合该步进电机的驱动方式一样重要。

7.1 电机种类的选择

1 . 由PM型 、VR型 、HB型来选定

  步进电机按转子的构造大体分为：

  1. 由板金爪极与圆筒线圈组成的定子和永磁铁氧体转+组成的PM型;
  2. 转子不使用永久磁铁的VR型;
  3. 转子由两个磁极中间加一个磁铁组成的HB型三种类型。
      其各自的特点如表7. 1所示。

      选用步进电机时，要先选择步进电机的类型。此时，如表7. 1所示，要考虑转矩、步距角、时间常数及价格4点，以此判断何种步进电机合适。
      选用步进电机时，实际还要考虑位置控制精度、使用速度范围、负载传动方式(弹簧负载、摩擦负载、齿轮负载、皮带传动、螺旋传动）、噪音与振动、周围温度、使用环境(尘埃、油、湿度）等因素。

例如：

  1. PM型轴承不像HB型使用滚珠轴承，而是用金属滑动轴承，如施加弹性负载时,采用皮带传递负载或利用滚珠丝杠进行转矩传动，金属滑动轴承的径向载荷或止推载荷的允许值出现故障的情况会很多，并且需要注意PM型的使用温度范围。
  2. VR型步进电机作伺服电机使用时要进行闭环控制，所以很少使用VR型步进电机。原因是其价格接近HB型步进电机，分辨率只有HB型的1/2,并且不如永磁电机效率卨，而且其暂态特性差。
  3. HB型转矩大、分辨率髙，多用于位罝定位或低速运行，但易产生振动或噪声问题。

2 . 步进电机的相数选择

  选择步进电机时首先要考虑各种步进电机的优缺点，在这里先介绍不同相数的步进电机的优缺点：

步进电机的优缺点表格表示

电机类型 优点 缺点
两相PM型步进电机 1. 便宜。一般比同等大小的HB型步进电机的价格低1/2。
2. 跟HB型比较，气隙大，爪极构造，步距角度大，即同一转速情况下，相切换的次数少、噪音较低。 		1. 因分辨率低（步距角7, 5°比较大）的关系，位置定位误差比HB型要差，特別是1相激磁时的角度精度会更差《半步距的位置精度一般不好， PM型位置定位若非2相激磁，要达到满意的位置精度一般很难。低速范围（在200rpm以下）的转矩波动大。
2. 因气隙大，爪极的根部容易产生磁饱和，从而造成输出转矩小。
3. 轴承采用金属滑动轴承，寿命短。
4. 转子一般使用铁氧体磁极，温度特性不好，如长期使用，转矩下降比HB型要大。
两相HB型步进电机 1. 分辨率高（一般步距角的较多)而被广泛使用。
2. 转矩大。
3. 与多相HB瑠步进电机比较，驱动功率管用量多，怛价格便宜。 		1. 特别低速时振动大，60rpm附近容易产生共振。
2. 高速时的噪音大。
3. 跟多相HB型比较，半步进时的转矩波动大（1 : 1.14)。
4. 相同步距角的步进电机与多相电机比较，线圈阻抗大，高速时转矩小。
三相HB型步进电机 1. 分辨率是两相电机的1. 5倍，能进行高精度位置定位。
2.定子的主极数为6,交链磁通大，而且两相激磁时的转矩合成效比两相电机好，转矩较高。
3. 能Y接线或△△△接线，3端子6个功率管，比两相电机8个功率管少。
4. 因三相结构的关系，激磁电流的三次谐波被抵消，振动和噪音两相电机小。
5. 齿槽转矩由两相电机的4次谐波变为H相电机的6次谐波，齿槽转矩比两相电机小。 		1. 若为12主极，则比两相电机的8主极结构要复杂。
五相HB型步进电机 1. 分辨率比三相电机高，适合高精度要求的用途。
2. 在同等步距角的HB帮步迸电机中，高速区域运行时的转矩大。 		1. 电机定子的主极数有10极之多 ，驱动电路的功率管也有10个之多，电机及驱动器的结构复杂，成本高，用于FAFAFA场合比OAOAOA场合更适合 。
三相RM型步进电机 1. 转子没有磁性。
2. 低振动、低噪音。
3. 细分步距时的位置定位精度高。
4. 高速旋转时，高速转矩大。
5. 与三相HB型电机相同，能Y驱动或△△△驱动，驱动电路的功率管为 6 个 就 可 以 。 		1. 分辨率比HB型低。
2. 转 子 的 费 用 比 型 高 。
三相PM型步进电机 1. 分辨率为两相PM电机1. 5倍多。
2. 振动、噪音比两相PM电机或两相HB电机小。
3. 高速转矩比两相PM电机大。
4. 比HB型便宜。
5. 三相电机的驱动优点是只用6个功率管驱动。 		1. 比 两 相 PM电机结构复杂。

步进电机的优缺点文字表示

1) 两相PM型步进电机

(1) 优点：

  1. 便宜。一般比同等大小的HB型步进电机的价格低1/2。
  2. 跟HB型比较，气隙大，爪极构造，步距角度大，即同一转速情况下，相切换的次数少、噪音较低。

(2) 缺点：

  1. 因分辨率低（步距角7, 5°比较大）的关系，位置定位误差比HB型要差，特別是1相激磁时的角度精度会更差《半步距的位置精度一般不好， PM型位置定位若非2相激磁，要达到满意的位置精度一般很难。低速范围（在200rpm以下）的转矩波动大。
  2. 因气隙大，爪极的根部容易产生磁饱和，从而造成输出转矩小。
  3. 轴承采用金属滑动轴承，寿命短。
  4. 转子一般使用铁氧体磁极，温度特性不好，如长期使用，转矩下降
    比HB型要大。

2) 两相HB型步进电机

(1) 优点：

  1. 分辨率高（一般步距角的较多)而被广泛使用。
  2. 转矩大。
  3. 与多相HB瑠步进电机比较，驱动功率管用量多，怛价格便宜。

(2) 缺点：

  1. 特别低速时振动大，60rpm附近容易产生共振。
  2. 高速时的噪音大。
  3. 跟多相HB型比较，半步进时的转矩波动大（1 : 1.14)。
  4. 相同步距角的步进电机与多相电机比较，线圈阻抗大，高速时转矩小。

3) 三相HB型步进电机

(1) 优点：

  1. 分辨率是两相电机的1. 5倍，能进行高精度位置定位。
    2.定子的主极数为6,交链磁通大，而且两相激磁时的转矩合成效比两相电机好，转矩较高。
  2. 能Y接线或A接线，3端子6个功率管，比两相电机8个功率管
    少。
  3. 因三相结构的关系，激磁电流的三次谐波被抵消，振动和噪音两相电机小。
  4. 齿槽转矩由两相电机的4次谐波变为H相电机的6次谐波，齿槽转矩比两相电机小。
    (2) 缺点：
  5. 若为12主极，则比两相电机的8主极结构要复杂。

4) 五相HB型步进电机

(1) 优点：

  1. 分辨率比三相电机高，适合高精度要求的用途。
  2. 在同等步距角的HB帮步迸电机中，高速区域运行时的转矩大。

(2) 缺点：

  1. 电机定子的主极数有10极之多 ，驱动电路的功率管也有10个之多，电机及驱动器的结构复杂，成本高，用于FAFAFA场合比OAOAOA场合更适合 。

5) 三相RM型步进电机

(1) 优点：

  1. 转子没有磁性。
  2. 低振动、低噪音。
  3. 细分步距时的位置定位精度高。
  4. 高速旋转时，高速转矩大。
  5. 与三相HB型电机相同，能Y驱动或△△△驱动，驱动电路的功率管为 6 个 就 可 以 。

(2) 缺点：

  1. 分辨率比HB型低。
  2. 转 子 的 费 用 比 型 高 。

6)三相PM型步进电机：

(1) 优点：

  1. 分辨率为两相PM电机1. 5倍多。
  2. 振动、噪音比两相PM电机或两相HB电机小。
  3. 高速转矩比两相PM电机大。
  4. 比HB型便宜。
  5. 三相电机的驱动优点是只用6个功率管驱动。

(2) 缺点：

  1. 比 两 相 PM电机结构复杂。

总结

  要依据以上特点，正确选择合适用途的步进电机种类，最初正确的选择可避免因使用不当出现的麻烦。如希望正确选用电机种类，应该注意负载要求的输出转矩或步距角及最佳的驱动方式。

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