步进电机的速度 - 扭矩曲线

步进电机的速度 - 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，您会尝试选择满足您的速度和扭矩要求以及一些安全裕度的电机。但是您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 - 扭矩曲线显示步进电机在给定速度下与特定驱动器结合使用时可提供多少扭矩。这意味着，根据不同的电机和驱动器组合，步进电机系统可获得不同的性能。本文将介绍如何生成步进电机的速度 - 扭矩曲线以及在曲线上寻找的重要点是什么。

定义明确的速度 - 扭矩曲线（如下图所示）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，此相同电压通常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： 这说明了使用什么类型的驱动器来创建曲线。应显示单极或双极驱动器。驱动器类型还将说明驱动器是恒流型还是恒压型。

3. 阻尼器的使用： 虽然不是必需的，但阻尼器可以通过代表电机上的惯性负载来帮助创建更典型的性能曲线。曲线应说明是否使用了阻尼器及其特性。

4. 步距角： 这是创建曲线时驱动电机的步距角。曲线通常会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、半、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： 垂直轴显示扭矩量和单位（例如 oz-in、Nm 等）。

7. 速度： 水平轴显示电机的轴速度以及单位（例如rpm、pps、Hz 等）。

8、最大空载启动速度： 最大空载启动速度是电动机在不带负载、不使用加速度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： 这是当电机静止并且额定电流施加到绕组时电机将产生的扭矩。

10. Pull-out Torque 曲线： 此曲线表示步进电机在任何给定速度下可以提供给负载的最大扭矩。任何超过（超过）该曲线所需的扭矩或速度都会导致电机失去同步。

11. 牵引力矩曲线（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力矩曲线会根据附加在电机上的惯性负载而变化，因此牵引力矩曲线不会显示在目录中显示的速度 - 扭矩曲线中。为了在牵引扭矩曲线上方运行，电机必须加速进入或减速出回转范围。

12. Pull-in Torque curve (inertial load)： 此曲线表示带惯性负载（即阻尼器）的步进电机可以提供给负载并在没有任何加速或减速的情况下启动或停止的最大扭矩和速度组合。为了在牵引扭矩曲线上方运行，电机必须加速进入或减速出回转范围。

13、自启动范围（start/stop region）： 在这个范围内，步进电机可以与输入脉冲同步启动、停止或改变方向，而不需要加速或减速。

14. 回转范围： 回转范围是步进电机通常运行的范围。步进电机不能在回转范围内直接启动。在自启动范围内的某处启动电机后，电机可以加速到或加载到回转范围内。然后，必须先将电机减速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： 这是电机在轴上没有负载时可以运行的最大速度。

速度 - 扭矩曲线是通过将步进电机旋转到已知速度然后逐渐向带有制动器的输出轴施加扭矩并使用扭矩传感器测量而创建的。缓慢施加负载，直到电机失去同步（停止）。在电机失去同步的那一刻，记录下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将显示在速度-扭矩曲线上的值。这个过程在几个速度点重复。然后在不同的速度点绘制扭矩点以创建完整的曲线。见下图。

如前所述，速度-扭矩特性由步进电机和驱动器组合决定。通常，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-扭矩曲线表明 24VDC 施加到电机绕组，而 RKS545 步进驱动器的曲线是在 162VDC 施加到绕组时创建的。如您所见，RKS545 步进驱动器的速度扭矩保持在更高的速度。

总之，速度-扭矩曲线可以成为为您的应用选择正确步进电机的有用工具。

审核编辑 黄宇