動(dòng)態(tài)轉矩特性

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

 

脈沖頻率-轉矩特性

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

 

步進(jìn)電機脈沖頻率-轉矩特性

如圖所示，步進(jìn)電機的動(dòng)態(tài)轉矩產(chǎn)生包括失步轉矩（pull-out-torque）和牽入轉矩（pull-in-torque）兩個(gè)轉矩。前者稱(chēng)為失步或丟失轉矩，后者稱(chēng)為起動(dòng)或牽入轉矩。牽入轉矩范圍為從零到最大自起動(dòng)脈沖頻率或最大自起動(dòng)頻率區域。牽入曲線(xiàn)包圍的區域稱(chēng)為自起動(dòng)區域。電機同步進(jìn)行正反轉起動(dòng)運行，在牽入與失步區域之間為運轉區，電機在此區域內可帶相應負載同步連續運行，超出范圍的負載轉矩將不能連續運行，出現失步現象。步進(jìn)電機為開(kāi)環(huán)驅動(dòng)控制，其負載轉矩與電磁轉矩之間要有裕度，其值應為50%~80%。

失步轉矩與牽入轉矩在0pps時(shí)相等。隨著(zhù)控制脈沖頻率的增加，帶負載能力會(huì )下降。在運行開(kāi)始，控制脈沖頻率應緩慢增加，以便利用低速下的大轉矩，提供電機在低速運行時(shí)需要的加速轉矩，減少加速時(shí)間。步進(jìn)電機定子線(xiàn)圈的電感設計的越小，最大響應脈沖頻率就越大，這樣就可將慢加速驅動(dòng)變?yōu)榭旒铀衮寗?dòng)運行。

步進(jìn)電機在帶慣性負載快速起動(dòng)時(shí)，須有足夠的起動(dòng)加速度。因此如負載的慣量增加，則起動(dòng)脈沖頻率就下降，為此，在選擇步進(jìn)電機時(shí)對兩者要進(jìn)行綜合考慮。

下圖縱軸為最大自起動(dòng)頻率，橫軸為負載慣量，曲線(xiàn)表示負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（兩相，步距角7.5°）為例。負載PL下，最大自起動(dòng)脈沖頻率PL與負載慣量Jc的關(guān)系如下：

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

 

暫態(tài)轉矩特性

由于步進(jìn)電機轉子慣量作用，即使空載運行一步，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(lái)回振蕩，經(jīng)過(guò)哀減后靜止于所定角度，此為步進(jìn)電機暫態(tài)響應特性。

下圖表示步進(jìn)電機的暫態(tài)特性，縱軸取轉子移動(dòng)角度，橫軸為時(shí)間。△T為上升時(shí)間，△θ表示超越角，轉子自由靜止到設定位置的時(shí)間（通常到達步距角的士5%誤差范圍的時(shí)間）稱(chēng)為穩定時(shí)間（setting time）。

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

穩定時(shí)間越短，快速性越好，為了加快機構的運行速度，使穩定時(shí)間變短，步進(jìn)電機的阻尼（制動(dòng)）變得很重要。