步進電機的速度 - 扭矩曲線

它們是如何創建的以及它們的含義

選擇步進電機時，您會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。但是您如何比較電機供應商之間的電機性能。大多數供應商提供速度 - 扭矩特性曲線，以了解電機的預期性能。步進電機速度 - 扭矩曲線顯示步進電機在給定速度下與特定驅動器結合使用時可提供多少扭矩。這意味著，根據不同的電機和驅動器組合，步進電機系統可獲得不同的性能。本文將介紹如何生成步進電機的速度 - 扭矩曲線以及在曲線上尋找的重要點是什么。

定義明確的速度 - 扭矩曲線（如下圖所示）應包括以下信息。

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

2. 驅動器類型：這說明了使用什么類型的驅動器來創建曲線。應顯示單極或雙極驅動器。驅動器類型還將說明驅動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上的慣性負載來幫助創建更典型的性能曲線。曲線應說明是否使用了阻尼器及其特性。

4. 步距角：這是創建曲線時驅動電機的步距角。曲線通常會顯示電機的基本步距角（1.8°、0.9°、0.72°、0.36°）或使用的驅動器分辨率（全、半、微步）。

5. 電機繞組配置：這描述了電機如何連接到驅動器以及施加到繞組的電流。電機連接可以是單極、雙極串聯、雙極半線圈和雙極并聯。

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：水平軸顯示電機的軸速度以及單位（例如rpm、pps、Hz 等）。

8、最大空載啟動速度：最大空載啟動速度是電動機在不帶負載、不使用加速度的情況下能夠同步啟動的最高速度。它通常顯示為水平軸上標記為“fs”的刻度線。

9. 保持扭矩：這是當電機靜止并且額定電流施加到繞組時電機將產生的扭矩。

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

11. 牽引力矩曲線（空載）：該曲線表示空載步進電機在沒有任何加速或減速的情況下可以啟動或停止的最大扭矩和速度組合。由于步進電機的牽引力矩曲線會根據附加在電機上的慣性負載而變化，因此牽引力矩曲線不會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行，電機必須加速進入或減速出回轉范圍。

12. Pull-in Torque curve (inertial load)：此曲線表示帶慣性負載（即阻尼器）的步進電機可以提供給負載并在沒有任何加速或減速的情況下啟動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行，電機必須加速進入或減速出回轉范圍。

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

14. 回轉范圍：回轉范圍是步進電機通常運行的范圍。步進電機不能在回轉范圍內直接啟動。在自啟動范圍內的某處啟動電機后，電機可以加速到或加載到回轉范圍內。然后，必須先將電機減速或將負載降低回自啟動范圍，然后才能停止電機。

15. 最大響應頻率：這是電機在軸上沒有負載時可以運行的最大速度。

速度 - 扭矩曲線是通過將步進電機旋轉到已知速度然后逐漸向帶有制動器的輸出軸施加扭矩并使用扭矩傳感器測量而創建的。緩慢施加負載，直到電機失去同步（停止）。在電機失去同步的那一刻，記錄下同一時刻施加在電機軸上的扭矩。這個過程在每個速度點重復三次。然后將三個扭矩值的平均值用作將顯示在速度-扭矩曲線上的值。這個過程在幾個速度點重復。然后在不同的速度點繪制扭矩點以創建完整的曲線。見下圖。

如前所述，速度-扭矩特性由步進電機和驅動器組合決定。通常，施加到電機繞組的電壓越高，電機旋轉得越快。例如，在下面的曲線中，CVK245AK/CVK245BK 步進驅動器的速度-扭矩曲線表明 24VDC 施加到電機繞組，而 RKS545 步進驅動器的曲線是在 162VDC 施加到繞組時創建的。如您所見，RKS545 步進驅動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用選擇正確步進電機的有用工具。

審核編輯黃宇