步進(jìn)電機(jī)的速度 - 扭矩曲線

步進(jìn)電機(jī)的速度 - 扭矩曲線

它們是如何創(chuàng)建的以及它們的含義

選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，您會(huì)嘗試選擇滿足您的速度和扭矩要求以及一些安全裕度的電機(jī)。但是您如何比較電機(jī)供應(yīng)商之間的電機(jī)性能。大多數(shù)供應(yīng)商提供速度 - 扭矩特性曲線，以了解電機(jī)的預(yù)期性能。步進(jìn)電機(jī)速度 - 扭矩曲線顯示步進(jìn)電機(jī)在給定速度下與特定驅(qū)動(dòng)器結(jié)合使用時(shí)可提供多少扭矩。這意味著，根據(jù)不同的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器組合，步進(jìn)電機(jī)系統(tǒng)可獲得不同的性能。本文將介紹如何生成步進(jìn)電機(jī)的速度 - 扭矩曲線以及在曲線上尋找的重要點(diǎn)是什么。

定義明確的速度 - 扭矩曲線（如下圖所示）應(yīng)包括以下信息。

1. 電源輸入：這是提供給驅(qū)動(dòng)器的電壓。對于直流輸入電壓驅(qū)動(dòng)器，此相同電壓通常直接施加到電機(jī)繞組。對于交流輸入電壓驅(qū)動(dòng)器，交流電壓在施加到電機(jī)繞組之前被整流為直流電壓。例如，對于 115VAC 驅(qū)動(dòng)器，施加到電機(jī)繞組的電壓為 162VDC。

2. 驅(qū)動(dòng)器類型：這說明了使用什么類型的驅(qū)動(dòng)器來創(chuàng)建曲線。應(yīng)顯示單極或雙極驅(qū)動(dòng)器。驅(qū)動(dòng)器類型還將說明驅(qū)動(dòng)器是恒流型還是恒壓型。

3. 阻尼器的使用：雖然不是必需的，但阻尼器可以通過代表電機(jī)上的慣性負(fù)載來幫助創(chuàng)建更典型的性能曲線。曲線應(yīng)說明是否使用了阻尼器及其特性。

4. 步距角：這是創(chuàng)建曲線時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的步距角。曲線通常會(huì)顯示電機(jī)的基本步距角（1.8°、0.9°、0.72°、0.36°）或使用的驅(qū)動(dòng)器分辨率（全、半、微步）。

5. 電機(jī)繞組配置：這描述了電機(jī)如何連接到驅(qū)動(dòng)器以及施加到繞組的電流。電機(jī)連接可以是單極、雙極串聯(lián)、雙極半線圈和雙極并聯(lián)。

6. 扭矩單位：垂直軸顯示扭矩量和單位（例如 oz-in、Nm 等）。

7. 速度：水平軸顯示電機(jī)的軸速度以及單位（例如rpm、pps、Hz 等）。

8、最大空載啟動(dòng)速度：最大空載啟動(dòng)速度是電動(dòng)機(jī)在不帶負(fù)載、不使用加速度的情況下能夠同步啟動(dòng)的最高速度。它通常顯示為水平軸上標(biāo)記為“fs”的刻度線。

9. 保持扭矩：這是當(dāng)電機(jī)靜止并且額定電流施加到繞組時(shí)電機(jī)將產(chǎn)生的扭矩。

10. Pull-out Torque 曲線：此曲線表示步進(jìn)電機(jī)在任何給定速度下可以提供給負(fù)載的最大扭矩。任何超過（超過）該曲線所需的扭矩或速度都會(huì)導(dǎo)致電機(jī)失去同步。

11. 牽引力矩曲線（空載）：該曲線表示空載步進(jìn)電機(jī)在沒有任何加速或減速的情況下可以啟動(dòng)或停止的最大扭矩和速度組合。由于步進(jìn)電機(jī)的牽引力矩曲線會(huì)根據(jù)附加在電機(jī)上的慣性負(fù)載而變化，因此牽引力矩曲線不會(huì)顯示在目錄中顯示的速度 - 扭矩曲線中。為了在牽引扭矩曲線上方運(yùn)行，電機(jī)必須加速進(jìn)入或減速出回轉(zhuǎn)范圍。

12. Pull-in Torque curve (inertial load)：此曲線表示帶慣性負(fù)載（即阻尼器）的步進(jìn)電機(jī)可以提供給負(fù)載并在沒有任何加速或減速的情況下啟動(dòng)或停止的最大扭矩和速度組合。為了在牽引扭矩曲線上方運(yùn)行，電機(jī)必須加速進(jìn)入或減速出回轉(zhuǎn)范圍。

13、自啟動(dòng)范圍（start/stop region）：在這個(gè)范圍內(nèi)，步進(jìn)電機(jī)可以與輸入脈沖同步啟動(dòng)、停止或改變方向，而不需要加速或減速。

14. 回轉(zhuǎn)范圍：回轉(zhuǎn)范圍是步進(jìn)電機(jī)通常運(yùn)行的范圍。步進(jìn)電機(jī)不能在回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)直接啟動(dòng)。在自啟動(dòng)范圍內(nèi)的某處啟動(dòng)電機(jī)后，電機(jī)可以加速到或加載到回轉(zhuǎn)范圍內(nèi)。然后，必須先將電機(jī)減速或?qū)⒇?fù)載降低回自啟動(dòng)范圍，然后才能停止電機(jī)。

15. 最大響應(yīng)頻率：這是電機(jī)在軸上沒有負(fù)載時(shí)可以運(yùn)行的最大速度。

速度 - 扭矩曲線是通過將步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)到已知速度然后逐漸向帶有制動(dòng)器的輸出軸施加扭矩并使用扭矩傳感器測量而創(chuàng)建的。緩慢施加負(fù)載，直到電機(jī)失去同步（停止）。在電機(jī)失去同步的那一刻，記錄下同一時(shí)刻施加在電機(jī)軸上的扭矩。這個(gè)過程在每個(gè)速度點(diǎn)重復(fù)三次。然后將三個(gè)扭矩值的平均值用作將顯示在速度-扭矩曲線上的值。這個(gè)過程在幾個(gè)速度點(diǎn)重復(fù)。然后在不同的速度點(diǎn)繪制扭矩點(diǎn)以創(chuàng)建完整的曲線。見下圖。

如前所述，速度-扭矩特性由步進(jìn)電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器組合決定。通常，施加到電機(jī)繞組的電壓越高，電機(jī)旋轉(zhuǎn)得越快。例如，在下面的曲線中，CVK245AK/CVK245BK 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的速度-扭矩曲線表明 24VDC 施加到電機(jī)繞組，而 RKS545 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的曲線是在 162VDC 施加到繞組時(shí)創(chuàng)建的。如您所見，RKS545 步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的速度扭矩保持在更高的速度。

總之，速度-扭矩曲線可以成為為您的應(yīng)用選擇正確步進(jìn)電機(jī)的有用工具。

審核編輯黃宇