步进电机的根本特性-静态、动态、暂态转矩特性.docx

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1、步进电机的根本特性:静态、动态、暂态转矩特性步进电机的根本特性:静态、动态、暂态转矩特性网络转载导语：步进电机的根本特性包括电机静态特性、连续运动特性动态特性、电机启动特性和电机制动特性暂态特性。的根本特性包括电机静态特性、连续运动特性动态特性、电机启动特性和电机制动特性暂态特性。下面分别作介绍：静态转矩特性的线圈通直流电时，带负载转子的电磁转矩与负载转矩平衡而产生的恢复电磁转矩称为静态转矩或者静止转矩与转子功率角的关系称为角度-静止转矩特性，这就是电机的静态特性。如下列图所示：由于转子为永磁体，产生的气隙磁密为正弦分布，所以理论上静止转矩曲线为正弦波。此角度-静止转矩特性为产生电磁转矩才能的

2、重要指标，最大转矩越大越好，转矩波形越接近正弦越好。实际上磁极下存在齿槽转矩，使合成转矩发生畸变，如两相电机的齿槽转矩为静止转矩角度周期的4倍谐波，加在正弦的静止转矩上，那么上图所示的转矩为：TL=TMsin(L/M)/2其中TL与TM各表示负载转矩和最大静止转矩或者称把持转矩，相对应的功率角为L和M，此位移角的变化决定了步进位置精度。根据上式得到：L=(2M/)arcsin(TL/TM)PM型永磁步进和HB混合式步进电机的步距角s在前面的课程中讲过即：s=180/PNr，角度改为机械角度弧度，那么变成下式：s=/(2Nr)上式Nr为转子齿数或者极对数，所以两相电机M=s。负载转矩为电磁转矩的

3、负载如弹簧力或者重物的提升力等，电机如要正反向运动，会产生2L的角度偏向，要进步位置精度，L就要小，因此，根据式L=(2M/)arcsin(TL/TM)，应选择最大静止转矩Tm大、步距角s小的步进电机，即高分辨率电机。根据式s=/(2Nr)可知，要使s越小，Nr越大越好。另外，高分辨率的步进电机的转子构造大致分为PM型、R型、HB型三种，其中HB型分辨率最好。由于PM型定子磁极为爪级构造的关系，定子磁极数的增加受到机械加工的限制。HB型转子外表无齿，N极与S极在转子外表交替磁化，因此极数即为极对数Nr，同样的，转子磁极Nr的增加也受到充磁机械的限制。R型转子齿数与HB型一样时，因不使用永磁体，

4、虽有一样的Nr，但是步距角s为HB型的2倍，并且由于无永磁磁极，最大转矩Tm比HB型小。当两相步进电机外径为42mm左右时，Nr=100齿，步距角0.9，这是实际使用中最高的分辨率。Nr变大，电抗也增加，那么高转速下转矩会下降。因此，Nr=50，步距角为1.8的电机被广泛使用。对HB型构造，全步进状态的步距角精度为士3%，步进电机运行角度=ns，各步运行中无累积误差，电机的速度如足够大，尽可能进步ns小，以进步位置定位精度。动态转矩特性动态转矩特性包括驱动脉冲频率-转矩特性和驱动脉冲频率-惯量特性。脉冲频率-转矩特性脉冲频率-转矩特性是选用步进电机的重要特性。如下列图所示，纵轴为动态转矩dyn

5、amictorque，横轴取响应脉冲频率，响应脉冲频率用ppspulsepersecond作为单位，即每秒的脉冲数表示。如下图，步进电机的动态转矩产生包括失步转矩pull-out-torque和牵入转矩pull-in-torque两个转矩。前者称为失步或者丧失转矩，后者称为起动或者牵入转矩。牵入转矩范围为从零到最大自起动脉冲频率或者最大自起动频率区域。牵入曲线包围的区域称为自起动区域。电机同步进展正反转起动运行，在牵入与失步区域之间为运转区，电机在此区域内可带相应负载同步连续运行，超出范围的负载转矩将不能连续运行，出现失步现象。步进电机为开环驱动控制，其负载转矩与电磁转矩之间要有裕度，其值应为

6、50%80%。失步转矩与牵入转矩在0pps时相等。随着控制脉冲频率的增加，带负载才能会下降。在运行开场，控制脉冲频率应缓慢增加，以便利用低速下的大转矩，提供电机在低速运行时需要的加速转矩，减少加速时间。步进电机定子线圈的电感设计的越小，最大响应脉冲频率就越大，这样就可将慢加速驱动变为快加速驱动运行。脉冲频率-惯量特性步进电机在带惯性负载快速起动时，须有足够的起动加速度。因此如负载的惯量增加，那么起动脉冲频率就下降，为此，在选择步进电机时对两者要进展综合考虑。下列图纵轴为最大自起动频率，横轴为负载惯量，曲线表示负载惯量与最大自起动脉冲频率之间的关系。此处以PM型爪极步进电机两相，步距角7.5为例。负载PL下，最大自起动脉冲频率PL与负载惯量Jc的关系如下：式中，JR步进电机转子惯量，Ps为空载的最大自起动频率。