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步进电机的速度扭矩曲线图介绍


步进电机理论的扭矩曲线,如下图。
步进电机理论的扭矩曲线

保持转矩(Holding Torque):

这是当电机静止且施加额定电流到绕组时,电动机将产生的转矩。

 

拔出转矩曲线(Pull-Out Curve):

该曲线表示步进电动机在任何给定速度下,可以提供给负载的最大转矩。

 

超过该曲线所需的任何转矩或速度,将导致电机失步,所以电机必须工作在此曲线下方。

 

实际上,通常所说的步进电机的扭矩速度曲线,指的就是这条曲线。

 

扭矩速度曲线是怎么来的呢?

 

首先将步进电机空载旋转至某一速度,然后通过制动器,缓慢将扭矩逐渐施加到输出轴上,并使用扭矩传感器测量扭矩,直到电机失去同步(停止)的那一刻,记录此时施加在电机轴上的转矩。

 

如此反复,在每个速度点,重复此过程3次,然后,将三个扭矩值的平均值,用作将显示在速度-扭矩曲线上的值,在多个速度点重复此过程,即可创建完整的扭矩速度曲线。

 

吸合转矩曲线(Pull-In Curve):

此曲线表示,在施加负载的情况下,电机在没有任何加速或减速时,能够启动或停止的最大扭矩和速度组合。

 

简单理解,这是电机在施加负载,而不会失去同步性的情况下,可以瞬时启动,停止,或者反转的最大速度。

 

吸合转矩曲线,一般存在于老产品目录中,因为以前电机无法通过低共振区域运行,因此需要引入吸合转矩,来避免过大的共振。

 

但是,随着微步进技术的发展,现在不再需要以预定速度启动和停止,不必担心输入脉冲引起失步。

 

启停区域(Start-Stop Region):

启停区域表示电机可以瞬间启动,停止和反向,并且不会失步的工作区域。

 

回转区域(Slew Region):

回转区域,是拔出转矩和吸合转矩曲线之间的区域,也是电机通常运行的范围。

 

步进电机不能在此区域瞬间启动和停止,必须在启停区域启动,加速到吸合转矩曲线以上,或者在回转区域减速,然后在启停区域停止,否则将会失步。

 

现在,电机的产品目录中,实际的扭矩速度曲线,常常如下图。
尺寸为85mm的步进电机,在转速为1000r/min时,其扭矩相当于400W伺服电机的额定扭矩
尺寸为85mm的步进电机,在转速为1000r/min时,其扭矩相当于400W伺服电机的额定扭矩

从图中可以看出,步进电动机的转矩特性不平坦,低速/中速范围内的转矩曲线趋向于变得很高,而在高速范围内则变得极低。

 

对于短距离定位,低速/中速范围内的高扭矩至关重要,这也是步进电机的优点之一。

 

相比之下,伺服电机中速至高速范围内,可以产生平稳的转矩,适用于长行程操作。

 

在选择步进电机时,一般要遵循2个原则。

 

(1)根据应用的最高转矩/速度选择电机,也就是根据最坏情况选择电机。

 

(2)扭矩余量至少保持30%以上。当空间允许,而且可变因素较多时,可以选择更大的余量,比如50%,80%,甚至100%。



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