如何選擇步進馬達

步進馬達與工業製造技術發展之間的關係密不可分。如何選擇正確的步進馬達常使人煞費苦心。工程師不僅必須熟悉機械，同時也必須在電子學和電腦運算方面擁有廣泛的知識。如果僅依據驅動電流來選擇步進馬達，絕對無法找出合適的方案。因此，在做出選擇之前，必須瞭解特定基本參數的意義，例如靜態轉矩、驅動方式、驅動電壓、驅動電流等。

靜態轉矩

靜態轉矩指的是當額定電流通過馬達的雙相線圈，轉子保持不轉動時的保持轉矩。這也反映出步進馬達的容量，與傳統馬達的「功率」相似。兩種馬達之間當然也有根本上的區別：步進馬達的物理結構與 AC 和 DC 馬達的結構完全不同，步進馬達輸出功率也是可變的。通常可以根據需要的轉矩來選擇欲使用的框架尺寸。一般而言，轉矩會低於 0.8 Nm，因此可以選擇尺寸為 NEMA8-NEMA17 的馬達。若轉矩高於 1 Nm，那麼 NEMA23 馬達會是更合適的選擇。對於更高的轉矩，則應選擇 NEMA34、NEMA42 和其他步進馬達。

驅動方式

除了馬達本體之外，驅動方式對於步進馬達的性能也有很大的影響。因此，在選擇步進馬達和驅動裝置時，驅動方式亦是重要考量之一。驅動方式通常區分為定電壓和定電流驅動，以及單極和雙極驅動。

若採用定電壓驅動，無論驅動電壓為 12 V 或 24 V，都必須選用合適的電阻值。馬達的電阻值通常為數十歐姆。若數值過高，會導致驅動裝置晶片燒毀。若採用定電流驅動，所使用的馬達通常具有低電阻且額定電流較高。額定電流通常為 1～3A。若需要更高的電流，則必須需選擇特殊驅動裝置晶片，但價格將會較高。

在單極和雙極驅動電路方面，單極驅動電路需要四個功率真空管，且電流會在線圈內單向流動。雙極驅動電路的功率真空管數量是單極驅動的兩倍，且電流會在線圈內朝正負方向交替流動。短時間同步傳導會導致電源短路並產生強電流，因此必須防止這種短路情形發生。雙極驅動電路比單極方式更為複雜。低轉速、高轉矩負載通常會使用雙極驅動，而高轉速驅動應用則較適合單極驅動。

驅動電壓

驅動電壓指的是驅動裝置的輸入電壓。這與機器的工作環境有關。可選用的直流驅動電壓為：12 V、24 V、48 V 等；也可以使用交流電壓：24 V、36 V、50 V、60 V、110 V、220 V 等。所選電壓對於馬達性能有以下影響：電壓愈高，步進馬達的性能愈佳，尤其是馬達的轉速性能。

驅動電流

驅動電流指的是經過步進馬達單相繞組的電流，亦稱為相電流。一些馬達有著相同尺寸和靜態轉矩，但電阻和額定電流卻不同。為什麼？例如，鳴志（MOONS'）公司的 MS17HD 系列馬達可提供多種電阻和電流值。這些馬達的不同電流設定是為了配合客戶需要的不同功能和不同成本的驅動裝置：當電流較低時，驅動裝置組件較簡單且成本低；當電流較高時，驅動裝置的每個組件成本就會提高。

轉矩頻率特性

馬達在運作過程中所獲得的輸出轉矩曲線稱為「運行轉矩頻率特性曲線」，是馬達最重要的動態曲線之一。馬達的動態轉矩取決於馬達運作期間的平均電流。平均電流愈高，馬達的輸出轉矩也就愈高。馬達的輸出轉矩與轉速成反比。這表示，步進馬達在低轉速時會輸出高轉矩，在高轉速時則會輸出低轉矩。若運作條件需要高轉速的步進馬達，則必須調整步進馬達的驅動電壓、電阻和電感。提高驅動裝置的輸入電壓和使用較小的電感器和低電阻馬達，有助於在高轉速之下獲得高輸出轉矩。

相位

所謂的「相位數」指的是馬達線圈組數目。二相步進馬達有兩組線圈。許多客戶在購買馬達時都忽略了相位數，大多數是隨意購買。事實上，馬達的不同相位數會導致不同的工作效果。二相馬達可提供 0.9° 和 1.8° 的步進角，三相馬達則可提供 1.2° 的步進角。步進角度愈小，馬達運行愈平穩。通常會使用二相馬達。在高轉速和高轉矩的工作環境下，選用三相步進馬達較實用。

無負載起動頻率

步進馬達的無負載起動頻率——一般稱為「空頻率」——是在購買馬達時的一個重要指標。如果應用必須在極短時間內頻繁起動和停止，且轉速約 1000 rpm（或更高），則通常會需要「加速啟動」。若您要透過直接起動來達到高速運行，那麼最好選擇反應磁性馬達或永磁馬達，因為這些機器的無負載啟動頻率相當高。

客製化服務

若您對步進馬達的參數有特殊要求，請與鳴志的工程師聯繫。我們可以在技術能力允許的範圍內提供客製化服務。這包括直徑、長度和輸出軸方向等。