日期：2022-07-29 18:09:39瀏覽量：31792
步進電機的基本特性包括電機的靜態(tài)特性、連續(xù)運動特性(動態(tài)特性)、電機啟動特性和電機制動特性(暫態(tài)特性)。下面分別介紹:
當步進電機的線圈通過直流電時，帶負載轉子的電磁轉矩（與負載轉矩平衡產生的恢復電磁轉矩稱為靜態(tài)轉矩或靜態(tài)轉矩）與轉子功率角之間的關系稱為角度-靜態(tài)轉矩特性，這是電機的靜態(tài)特性。如下圖所示：
步進電機的基本特性：靜態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)特性
由于轉子是永磁體，產生的氣隙磁密度是正弦分布，所以理論上，靜態(tài)扭矩曲線是正弦波。這個角度-靜態(tài)扭矩特性是步進電機產生電磁扭矩能力的重要指標。最大扭矩越大越好，扭矩波形越接近正弦越好。事實上，在磁極下有一個槽扭矩，這使得合成扭矩變形。例如，如果兩相電機的槽扭矩為靜態(tài)扭矩角度周期的4倍，并添加到正弦的靜態(tài)扭矩中，則上圖所示的扭矩為：
負載扭矩是電磁扭矩的負載(如彈簧力或重物的提升力等。).如果電機減速機一體機向前和向后移動，將產生2θL提高位置精度的角度偏差，θL要小，因此，依據式θL=(2θM/π)arcsin(TL/TM)，應選擇最大靜態(tài)扭矩Tm大，步距角θs小步進電機，即高分辨率電機。θs=π/(2Nr)可知，要使θs越小，Nr越大越好。
此外，高分辨率步進電機的轉子結構大致分為PM型，VR型，HB有三種類型，其中HB類型分辨率最好。
由于PM類型定子磁極是爪級結構之間的關系，定子磁極的增加受到機械加工的限制。HB型轉子表面無齒，N極和S極在轉子表面交替磁化，因此極數是極對數Nr，轉子磁極也是如此Nr還受到充磁機械的限制。VR型轉子齒數和HB類型相同時，因為不使用永磁體，雖然有相同的Nr，但是步距角θs為HB類型的2倍，并且由于沒有永磁極，最大轉矩Tm比HB型小。
兩相步進電機外徑為42mm左右時，Nr=100齒，步距角0.9°，這是實際使用中最高的分辨率。Nr隨著電抗的增大，轉矩在高速下會下降。Nr=50，步距角為1.8°廣泛使用的電機。HB類型結構，全步進狀態(tài)步距角精度為3%，步進電機運行角度θ=nθs，每一步運行中沒有累積誤差，如果電機速度足夠大，盡量提高n（θs為了提高高定位精度。
動態(tài)扭矩特性
動態(tài)轉矩特性包括驅動脈沖頻率-轉矩特性和驅動脈沖頻率-慣性特性。
脈沖頻率-扭矩特性
脈沖頻率-扭矩特性是選擇步進電機的重要特性。電機減速機一體機如下圖所示，縱軸為動態(tài)扭矩（dynamictorque），響應脈沖頻率用于橫軸和響應脈沖頻率pps（pulsepersecond）作為一個單位，即每秒脈沖數表示。
步進電機脈沖頻率-轉矩特性
如圖所示，步進電機的動態(tài)轉矩包括失步轉矩（pull-out-torque）和牽入轉矩（pull-in-torque）兩個扭矩。前者稱為失步或失去扭矩，后者稱為啟動或牽引扭矩。牽引扭矩范圍為自啟動脈沖頻率從零到最大或最大自啟動頻率區(qū)域。被卷曲線包圍的區(qū)域稱為自啟動區(qū)域。電機同步進行正向和反向啟動操作。牽引區(qū)和失步區(qū)之間有一個操作區(qū)域。電機可以在該區(qū)域同步連續(xù)運行，并帶有相應的負載。超出范圍的負載扭矩將無法連續(xù)運行，導致失步。步進電機由開環(huán)驅動控制。負載扭矩和電磁扭矩之間應有一個裕度，其值應為50%~80%。
0pps時間是相等的。隨著控制脈沖頻率的增加，負載能力會降低。在運行開始時，應緩慢增加控制脈沖頻率，以便在低速運行時提供電機所需的加速扭矩，并利用低速下的大扭矩降低加速時間。步進電機定子線圈的電感設計越小，最大響應脈沖頻率越大，從而將慢加速驅動轉變?yōu)榭旒铀衮寗印?
當步進電機在慣性負載下快速啟動時，必須有足夠的電機減速機一體機啟動加速度。因此，如果負載的慣性增加，啟動脈沖頻率將降低。因此，在選擇步進電機時，應綜合考慮兩者。
下面的縱軸是最大自啟動頻率，水平軸是負載慣性，曲線表示負載慣性與最大自啟動脈沖頻率之間的關系。PM類型爪極步進電機(兩相，步距角7.5°）為例。負載PL下降，最大自啟動脈沖頻率PL與負載慣量Jc關系如下：
式中，JR步進電機轉子慣量，Ps最大自動啟動頻率為空載。
臨時扭矩特性
由于步進電機轉子的慣性作用，即使空載運行一步，也會產生電機減速機一體機超越角度(over-shoot），并且在超越角和（under-shoot）它們之間來回振蕩，減少后靜止，這是步進電機的暫態(tài)響應特性。
步進電機的暫態(tài)特性如下圖所示，縱軸取轉子移動角度，橫軸為時間。△T為上升時間，△θ穩(wěn)定時間稱為超越角和轉子自由靜止到設定位置的時間(通常是達到步距角出租車5%誤差范圍的時間)（settingtime）。
步進電機的基本特性：靜態(tài)、動態(tài)、暫態(tài)特性
穩(wěn)定時間越短，速度越快，步進電機的阻尼(制動)對于加快機構運行速度，縮短穩(wěn)定時間非常重要。
