動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩特性

動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩特性包括驅(qū)動(dòng)脈沖頻率-轉(zhuǎn)矩特性和驅(qū)動(dòng)脈沖頻率-慣量特性。

 

脈沖頻率-轉(zhuǎn)矩特性

脈沖頻率-轉(zhuǎn)矩特性是選用步進(jìn)電機(jī)的重要特性。如下圖所示，縱軸為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩（dynamic torque），橫軸取響應(yīng)脈沖頻率，響應(yīng)脈沖頻率用pps（pulse per second）作為單位，即每秒的脈沖數(shù)表示。

 

步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率-轉(zhuǎn)矩特性

如圖所示，步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生包括失步轉(zhuǎn)矩（pull-out-torque）和牽入轉(zhuǎn)矩（pull-in-torque）兩個(gè)轉(zhuǎn)矩。前者稱為失步或丟失轉(zhuǎn)矩，后者稱為起動(dòng)或牽入轉(zhuǎn)矩。牽入轉(zhuǎn)矩范圍為從零到最大自起動(dòng)脈沖頻率或最大自起動(dòng)頻率區(qū)域。牽入曲線包圍的區(qū)域稱為自起動(dòng)區(qū)域。電機(jī)同步進(jìn)行正反轉(zhuǎn)起動(dòng)運(yùn)行，在牽入與失步區(qū)域之間為運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)，電機(jī)在此區(qū)域內(nèi)可帶相應(yīng)負(fù)載同步連續(xù)運(yùn)行，超出范圍的負(fù)載轉(zhuǎn)矩將不能連續(xù)運(yùn)行，出現(xiàn)失步現(xiàn)象。步進(jìn)電機(jī)為開環(huán)驅(qū)動(dòng)控制，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩之間要有裕度，其值應(yīng)為50%~80%。

失步轉(zhuǎn)矩與牽入轉(zhuǎn)矩在0pps時(shí)相等。隨著控制脈沖頻率的增加，帶負(fù)載能力會(huì)下降。在運(yùn)行開始，控制脈沖頻率應(yīng)緩慢增加，以便利用低速下的大轉(zhuǎn)矩，提供電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)需要的加速轉(zhuǎn)矩，減少加速時(shí)間。步進(jìn)電機(jī)定子線圈的電感設(shè)計(jì)的越小，最大響應(yīng)脈沖頻率就越大，這樣就可將慢加速驅(qū)動(dòng)變?yōu)榭旒铀衮?qū)動(dòng)運(yùn)行。

步進(jìn)電機(jī)在帶慣性負(fù)載快速起動(dòng)時(shí)，須有足夠的起動(dòng)加速度。因此如負(fù)載的慣量增加，則起動(dòng)脈沖頻率就下降，為此，在選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)對(duì)兩者要進(jìn)行綜合考慮。

下圖縱軸為最大自起動(dòng)頻率，橫軸為負(fù)載慣量，曲線表示負(fù)載慣量與最大自起動(dòng)脈沖頻率之間的關(guān)系。此處以PM型爪極步進(jìn)電機(jī)（兩相，步距角7.5°）為例。負(fù)載PL下，最大自起動(dòng)脈沖頻率PL與負(fù)載慣量Jc的關(guān)系如下：

式中，JR步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量，Ps為空載的最大自起動(dòng)頻率。

 

暫態(tài)轉(zhuǎn)矩特性

由于步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量作用，即使空載運(yùn)行一步，也會(huì)產(chǎn)生超越角(over-shoot），并在超越角與返回角（under-shoot）之間來回振蕩，經(jīng)過哀減后靜止于所定角度，此為步進(jìn)電機(jī)暫態(tài)響應(yīng)特性。

下圖表示步進(jìn)電機(jī)的暫態(tài)特性，縱軸取轉(zhuǎn)子移動(dòng)角度，橫軸為時(shí)間?！鱐為上升時(shí)間，△θ表示超越角，轉(zhuǎn)子自由靜止到設(shè)定位置的時(shí)間（通常到達(dá)步距角的士5%誤差范圍的時(shí)間）稱為穩(wěn)定時(shí)間（setting time）。

步進(jìn)電機(jī)的基本特性：靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、暫態(tài)特性

穩(wěn)定時(shí)間越短，快速性越好，為了加快機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度，使穩(wěn)定時(shí)間變短，步進(jìn)電機(jī)的阻尼（制動(dòng)）變得很重要。