步进电机扭矩与速度曲线（步进电机的扭矩计算）

步进电机速度-扭矩曲线

它们是如何创建的以及它们的含义

选择步进电机时，您将尝试选择满足您的速度和扭矩要求并具有一定安全裕度的电机。但是如何比较电机供应商之间的电机性能。大多数供应商提供速度-扭矩特性曲线，以了解电机的预期性能。步进电机速度-扭矩曲线显示了步进电机与特定驱动器一起使用时在给定速度下可以提供多少扭矩。这意味着步进电机系统可以根据电机和驱动器的组合实现不同的性能。本文将解释如何生成步进电机的速度-扭矩曲线以及在曲线上寻找哪些重要点。

明确的速度-扭矩曲线（如下所示）应包括以下信息。

1. 电源输入：这是提供给驱动器的电压。对于直流输入电压驱动器，通常将相同的电压直接施加到电机绕组。对于交流输入电压驱动器，交流电压在施加到电机绕组之前被整流为直流电压。例如，对于115VAC 驱动器，施加到电机绕组的电压为162VDC。

2. 驱动器类型：这描述了用于创建曲线的驱动器类型。应显示单极或双极驱动器。驱动器类型还将指示驱动器是恒流型还是恒压型。

3. 使用阻尼器：虽然不是必需的，但阻尼器可以通过表示电机上的惯性负载来帮助创建更典型的性能曲线。该曲线应表明是否使用阻尼器及其特性。

4. 步距角：驱动电机创建曲线时的步距角。曲线通常显示电机的基本步距角（1.8、0.9、0.72、0.36）或使用的驱动器分辨率（全步、半步、微步）。

5. 电机绕组配置：这描述了电机如何连接到驱动器以及施加到绕组的电流。电机连接可以是单极、双极串联、双极半线圈和双极并联。

6. 扭矩单位：纵轴显示扭矩量和单位（例如oz-in、Nm 等）。

7. 速度：横轴显示电机的轴转速及其单位（如rpm、pps、Hz 等）。

8、最大空载启动速度：最大空载启动速度是电机在无负载、无加速的情况下能够同步启动的最高速度。它通常显示为水平轴上标记为“fs”的刻度线。

9. 保持扭矩：这是当电机静止且对绕组施加额定电流时电机将产生的扭矩。

10. 拉出扭矩曲线：该曲线表示步进电机在任何给定速度下可以向负载提供的最大扭矩。任何高于（超过）该曲线所需的扭矩或速度都会导致电机失去同步。

11.牵引扭矩曲线（空载）：该曲线表示空载步进电机在没有任何加速或减速的情况下可以启动或停止的最大扭矩和速度组合。由于步进电机的牵引扭矩曲线根据电机上附加的惯性负载而变化，因此样本中所示的速度-扭矩曲线中未显示牵引扭矩曲线。为了在牵引扭矩曲线以上运行，电机必须加速进入或减速离开摆动范围。

12. 吸合扭矩曲线（惯性负载）：该曲线表示带有惯性负载（即阻尼器）的步进电机可以向负载提供的最大扭矩和速度组合，并在没有任何加速或减速的情况下启动或停止。为了在牵引扭矩曲线以上运行，电机必须加速进入或减速离开摆动范围。

13、自启动范围（启动/停止区域）：在此范围内，步进电机可以与输入脉冲同步启动、停止或改变方向，无需加减速。

14、旋转范围：旋转范围是步进电机通常工作的范围。步进电机不能在旋转范围内直接启动。在自启动范围内启动电机后，电机可以加速或加载到回转范围内。然后，必须先减慢电机速度或将负载降低回自启动范围，然后才能停止电机。

15. 最大响应频率：这是电机在轴上空载的情况下可以运行的最大速度。

通过将步进电机旋转到已知速度，然后通过制动器逐渐向输出轴施加扭矩并使用扭矩传感器进行测量来创建速度-扭矩曲线。缓慢施加负载，直到电机失去同步（停止）。在电机失去同步的瞬间，记录同一时刻施加在电机轴上的扭矩。这个过程在每个速度点重复三次。然后将三个扭矩值的平均值用作速度-扭矩曲线上显示的值。这个过程在几个速度点上重复。然后在不同的速度点绘制扭矩点以创建完整的曲线。见下文。

如前所述，速度-扭矩特性由步进电机和驱动器组合决定。一般来说，施加到电机绕组的电压越高，电机旋转得越快。例如，在下面的曲线中，CVK245AK/CVK245BK 步进驱动器的速度-扭矩曲线显示向电机绕组施加24VDC，而RKS545 步进驱动器的曲线是在向绕组施加162VDC 时创建的。如您所见，RKS545 步进驱动器的速度扭矩在较高速度下仍保持不变。

总之，速度-扭矩曲线可以成为为您的应用选择正确的步进电机的有用工具。

评论编辑黄宇