步進電機動態特性

　　動態轉矩特性包括驅動脈沖頻率-轉矩特性和驅動脈沖頻率-慣量特性。

　　1）脈沖頻率-轉矩特性

　　脈沖頻率-轉矩特性是選用步進電機的重要特性。如下圖所示，縱軸為動態轉矩（dynamictorque），橫軸取響應脈沖頻率，響應脈沖頻率用pps作為單位，即每秒的脈沖數表示。

　　如圖所示，步進電機的動態轉矩產生包括失步轉矩（pull-out-torque）和牽入轉矩（pull-in-torque）兩個轉矩。前者稱為失步或丟失轉矩，后者稱為起動或牽入轉矩。牽入轉矩范圍為從零到最大自起動脈沖頻率或最大自起動頻率區域。牽入曲線包圍的區域稱為自起動區域。電機同步進行正反轉起動運行，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。步進電機為開環驅動控制，其負載轉矩與電磁轉矩之間要有裕度，其值應為50%~80%。

　　2）脈沖頻率-慣量特性

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

　　下圖縱軸為最大自起動頻率，橫軸為負載慣量，曲線表示負載慣量與最大自起動脈沖頻率之間的關系。此處以PM型爪極步進電機（兩相，步距角7.5°）為例。負載PL下，最大自起動脈沖頻率PL與負載慣量Jc的關系如下：

　　式中，JR步進電機轉子慣量，Ps為空載的最大自起動頻率。

　　步進電機動態特性的測量方法

　　1、滑輪平衡法

　　此測定電機轉矩的方法與普羅尼制動（pronybrake）原理相同。滑輪用線繞幾圈，線一端掛彈簧秤，滑輪與線之間產生滑動摩擦測量轉矩。下左圖表示滑輪平衡法。

　　根據左圖，轉矩T變成下式：

　　T=（F-f）（r+a）=Fr+Fa-fr-fa

　　上式中，f為線的張力，F為彈簧力，a為線的半徑，r為滑輪的半徑。

　　測量時，如f/F=0.01，a/r=0.01，則上式變成如下：

　　T=Fr（1-10-4）≈Fr

　　即式中的f、a被忽略。

　　此種方式的動態轉矩計，釆用營原研究所的掛線（普羅尼制動）方式，電腦畫面會顯示轉矩曲線。其掛線的形式如上右圖所示。

　　2、磁滯制動法

　　因磁滯制動由低速到高速有穩定的制動力關系，轉矩計使用很多，其原理為磁場中的磁滯力將對運行中的被測電機施加制動力制動。此時，反作用轉矩會作用到磁滯轉子的定子上，此時用測力器（loadcell）測出。

　　制動力用產生磁場的線圈電流能任意設定。但磁滯轉子的慣量大是其缺點，輸出轉矩為100mN?m以下的小型步進電機普遍采用此方法。

　　3、扭力棒轉矩測量法

　　利用棒的扭力角與轉矩成比例的方法。扭力棒用2組刻度圓盤夾住，轉矩加在棒上時，產生的扭力角度θ，用光學方法測量，再由下式計算轉矩T：

　　θ=32LT/（πGD4）

　　式中，D為扭力棒直徑，G為系數。下圖表示扭力棒轉矩測量法的使用原理。

　　此種試驗方法的優點是低慣量、高精度測量。此測力器（應變計）方式要求高靈敏度放大器，以便避免應變計的再調整，以應對轉矩信號范圍大的緣故。缺點是容易產生扭力振動等問題。