6ES7516-3AN02-0AB0

6ES7516-3AN02-0AB0

由于及驱动器型号较多、种类较多，用户在选择时应有一定的讲究，这样才能以优的性能、低的价格选择好自己所需的产品。

1、 首先确定步进电机拖动负载所需要的扭矩。

简单的方法是在负载轴上加一杠杆，用弹簧秤拉动杠杆，拉力乘以力臂长度既是负载力矩。或者根据负载特性从理论上计算出来。

由于步进电机是控制类电机，所以目前常用步进电机的大力矩不超过45nm，力矩越大，成本越高，如果您所选择的电机力矩较大或超过此范围，可以考虑加配减速装置。

2、 确定步进电机的高运行转速。

转速指标在步进电机的选取时至关重要，步进电机的特性是随着电机转速的升高，扭矩下降，其下降的快慢和很多参数有关，如:驱动器的驱动电压、电机的相电流、电机的相电感、电机大小等等，一般的规律是：驱动电压越高，力矩下降越慢;电机的相电流越大，力矩下降越慢。www.diangon.com在设计方案时，应使电机的转速控制在600转/分或800转/分以内，当然这样说很不规范，可以参考〈矩-频特性〉。

3、根据负载大力矩和高转速这两个重要指标，再参考〈矩-频特性〉，就可以选择出适合自己的步进电机。如果您认为自己选出的电机太大，可以考虑加配减速装置，这样可以节约成本，也可以使您的设计更灵活。要选择好合适的减速比，要综合考虑力矩和速度的关系，选择出佳方案。

4、后还要考虑留有一定的(如50%)力矩余量和转速余量。

5、可以先选择混合式步进电机，如果由于价格因素，可以选取反应式步进电机。

6、尽量选取细分驱动器，且使驱动器工作在细分状态。

7、选取时且勿走入只看电机力矩这一个指标的误区，也就是说并非电机的扭矩越大越好，要和速度指标一起考虑。

8、超小型驱动器和微型驱动器是靠外壳作为散热器的，应固定在较大、较厚的金属板上或外加风机散热，如果没有散热条件，而驱动器又工作在转速较低的场合(这时驱动器发热较大)，可以选用带风机的90型驱动器代替。

选择时，首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。而在选用功率步进电机时，首先要计算机械系统的负载转矩，电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的余量保证其运行可靠。在实际工作过程中，各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范围内。 一般地说大静力矩mjmax大的电机，负载力矩大。

选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到系统所需的脉冲当量。在机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量，一是可以改变丝杆的导程，二是可以通过步进电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特性所决定。

选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量，使之高速连续工作频率能满足机床快速移动的需要。

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。

负载惯量所需的加速转矩和摩檫转矩

负载转矩tl时，欲驱动其到f2的转速，则先在低速f1起动电机，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）为步进电机欲加速运行到f2转速所需的转矩。此加速转矩即为式下式的项：

上式的d为比例速度的系数，第二项比其他的项小可忽略不计。tm为电机产生的转矩，（tm-tl）为产生加速度的转矩。令加速到转子角速度ω2时驱动脉冲到达f2（pps），然后恒速运行，再进行减速运行，达到转子角速度ω1，驱动频率返回到f1（pps），后停止。此时的梯形面积相当于总步数，即电机轴在横轴的时间内转动的步数，负载到达定位位置。设加速时间为ta。步距角为θs，则加速转矩用下式表示：

步进电机的失步转矩为该步进电机所能输出的大转矩。选择步进电机，转矩的安全系数sf选择1.3~2，下式决定所需的转矩：

t=sf（ta+tl）

【例题】：求负载惯量为2kg·cm2，ω1=0，ω2=157rad/s（相当于25rps)，tl=0，ta=0.1s时的加速所需的转矩。

【解】：j=2（kg·cm2）=2×10-4（kg·m2），根据式上面的（式1）ta=j（ω2-ω1）/ta

t=2×10-4×（157-0）/0.1=0.314（n·m）

转矩的单位为kgf·cm，1kgf=9.8n，用下式来计算：

t=0.314×100-9.8=0.314×10.2=3.20kg·cm

输出轴上的转动惯量和扭矩计算：

力矩=力*力臂 你套上的轮转一圈5cm长，可以算得轮的半径0.8cm。所需力矩=20*0.8=16kg.cm。提起重物要求多大的速度，转换成速度单位rpm(每分钟转速)

现在选电机的重要参数都有了，你只要找在你要求的转速下能输出16kg.cm力矩的步进电机就可以了。好要乘以一个安全系数1.2，输出力矩要求达到约20kg.cm。

选择步进电机需要进行以下计算：

（1）计算齿轮的减速比

根据所要求脉冲当量，齿轮减速比i计算如下:

i=(φ.s)/(360.δ) (1-1) 式中φ －－-步进电机的步距角（o/脉冲）

s －－-丝杆螺距（mm）

δ－－-(mm/脉冲)

（2）计算工作台，丝杆以及齿轮折算至电机轴上的惯量jt。

jt=j1+（1/i2）[(j2+js)+w/g（s/2π）2） （1-2）

式中jt －－-折算至电机轴上的惯量(kg.cm.s2)

j1、j2 －－-齿轮惯量(kg.cm.s2)

js －－－－丝杆惯量(kg.cm.s2) w－－-工作台重量（n）

s －－-丝杆螺距（cm）

（3）计算电机输出的总力矩m

m=ma+mf+mt （1-3）

ma=（jm+jt）.n/t×1.02×10ˉ2 （1-4）

式中ma －－-电机启动加速力矩（n.m）

jm、jt－－-电机自身惯量与负载惯量(kg.cm.s2)

n－－-电机所需达到的转速（r/min）

t－－-电机升速时间（s）

mf=(u.w.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-5）

mf－－-导轨摩擦折算至电机的转矩（n.m）

u－－-摩擦系数

η－－-传递效率

mt=(pt.s)/(2πηi)×10ˉ2 （1-6）

mt－－-切削力折算至电机力矩（n.m）

pt－－-大切削力（n）

（4）负载起动频率估算。数控系统控制电机的启动频率与负载转矩和惯量有很大关系，其估算公式为

fq=fq0[(1-(mf+mt))/ml]÷(1+jt/jm)] 1/2 （1-7）

式中fq－－-带载起动频率（hz）

fq0－－-空载起动频率

ml－－-起动频率下由矩频特性决定的电机输出力矩（n.m）

若负载参数无法**确定,则可按fq=1/2fq0进行估算.

（5）运行的高频率与升速时间的计算。由于电机的输出力矩随着频率的升高而下降，因此在高频率 时，由矩频特性的输出力矩应能驱动负载，并留有足够的余量。

（6）负载力矩和大静力矩mmax。负载力矩可按式（1-5）和式（1-6）计算，电机在大进给速度时，由矩频特性决定的电机输出力矩要大于mf与mt之和，并留有余量。一般来说，mf与mt之和应小于（0.2 ～0.4）mmax

设置驱动器的细分数，通常细分数越高，控制分辨率越高 ，但细分数太高则影响到大进给速度，一般来说，对于模具机用户可考虑脉冲当量为0.001mm/p(此时大进给速度为9600mm/min)或者 0.0005mm/p(此时大进给速度为4800mm/min),对于精度要求不高的用户，脉冲当量可设置的大一些，如0.002mm/p(此时大进 给速度为19200mm/min)或0.005mm/p(此时大进给速度为48000mm/min)。对于两相步进电机，脉冲当量计算方法如下：脉冲当 量=丝杠螺距÷细分数÷200。

弯道加速度：用以描述多个进给轴联动时的加减速能力，单位是毫米/秒平方,它决定了机床在做圆弧运动时的高速度。这个值越大，机床在做圆弧运动时的大允许速度越大。通常，对于步进电机系统组成的机床，该值在400--1000之间，对于系统，可以设置在1000--5000之间。如果是重型机床，该值要小一些。在设置过程中，开始设置小一点，运行一段时间，重复做各种典型联动运 动，注意观察，如果没有异常情况，然后逐步增加，如果发现异常情况，则降低该值，并留50%--的保险余量。

起跳速度：该参数对应步进电机的起跳频率。所谓起跳频率是步进电机不经过加速，能够直接 启动工作的高频率。合理地选取该参数能够提高加工效率，并且能避开步进电机运动特性不好的低速段;但是如果该参数选取大了，就会造成闷车，所以一定要留有余量。在电机的出厂参数中，一般包含起跳频率参数。但是在机床装配好后，该值可能发生变化，一般要下降，特别是在做带负载运动时。所以，该设定参数好 是在参考电机出厂参数后，再实际测量决定。

单轴加速度：用以描述单个进给轴的加减速能力，单位是毫米/秒平方。这个指标由机床的物 理特性决定，如运动部分的质量、进给电机的扭矩、阻力、切削负载等。这个值越大，在运动过程中花在加减速过程中的时间越小，效率越高。通常，对于步进电机，该值在100--500之间，对于伺服电机系统，可以设置在400--1200之间。在设置过程中，开始设置小一点，运行一段时间，重复做各种典型运动，注意观察，如果没有异常。