步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量方法

　　步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性

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

　　1）脈沖頻率-轉(zhuǎn)矩特性

　　脈沖頻率-轉(zhuǎn)矩特性是選用步進(jìn)電機(jī)的重要特性。如下圖所示，縱軸為動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩（dynamictorque），橫軸取響應(yīng)脈沖頻率，響應(yīng)脈沖頻率用pps作為單位，即每秒的脈沖數(shù)表示。

　　如圖所示，步進(jìn)電機(jī)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生包括失步轉(zhuǎn)矩（pull-out-torque）和牽入轉(zhuǎn)矩（pull-in-torque）兩個(gè)轉(zhuǎn)矩。前者稱(chēng)為失步或丟失轉(zhuǎn)矩，后者稱(chēng)為起動(dòng)或牽入轉(zhuǎn)矩。牽入轉(zhuǎn)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(qū)域。牽入曲線包圍的區(qū)域稱(chēng)為自起動(dòng)區(qū)域。電機(jī)同步進(jìn)行正反轉(zhuǎn)起動(dòng)運(yùn)行，在牽入與失步區(qū)域之間為運(yùn)轉(zhuǎn)區(qū)，電機(jī)在此區(qū)域內(nèi)可帶相應(yīng)負(fù)載同步連續(xù)運(yùn)行，超出范圍的負(fù)載轉(zhuǎn)矩將不能連續(xù)運(yùn)行，出現(xiàn)失步現(xiàn)象。步進(jìn)電機(jī)為開(kāi)環(huán)驅(qū)動(dòng)控制，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩與電磁轉(zhuǎn)矩之間要有裕度，其值應(yīng)為50%~80%。

　　2）脈沖頻率-慣量特性

　　步進(jìn)電機(jī)在帶慣性負(fù)載快速起動(dòng)時(shí)，須有足夠的起動(dòng)加速度。因此如負(fù)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(jī)時(shí)對(duì)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(fù)載慣量，曲線表示負(fù)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(jī)（兩相，步距角7.5°）為例。負(fù)載PL下，最大自起動(dòng)脈沖頻率PL與負(fù)載慣量Jc的關(guān)系如下：

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

　　步進(jìn)電機(jī)動(dòng)態(tài)特性的測(cè)量方法

　　1、滑輪平衡法

　　此測(cè)定電機(jī)轉(zhuǎn)矩的方法與普羅尼制動(dòng)（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(chǎn)生滑動(dòng)摩擦測(cè)量轉(zhuǎn)矩。下左圖表示滑輪平衡法。

　　根據(jù)左圖，轉(zhuǎn)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(xiàn)為彈簧力，a為線的半徑，r為滑輪的半徑。

　　測(cè)量時(shí)，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(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩計(jì)，釆用營(yíng)原研究所的掛線（普羅尼制動(dòng)）方式，電腦畫(huà)面會(huì)顯示轉(zhuǎn)矩曲線。其掛線的形式如上右圖所示。

　　2、磁滯制動(dòng)法

　　因磁滯制動(dòng)由低速到高速有穩(wěn)定的制動(dòng)力關(guān)系，轉(zhuǎn)矩計(jì)使用很多，其原理為磁場(chǎng)中的磁滯力將對(duì)運(yùn)行中的被測(cè)電機(jī)施加制動(dòng)力制動(dòng)。此時(shí)，反作用轉(zhuǎn)矩會(huì)作用到磁滯轉(zhuǎn)子的定子上，此時(shí)用測(cè)力器（loadcell）測(cè)出。

　　制動(dòng)力用產(chǎn)生磁場(chǎng)的線圈電流能任意設(shè)定。但磁滯轉(zhuǎn)子的慣量大是其缺點(diǎn)，輸出轉(zhuǎn)矩為100mN?m以下的小型步進(jìn)電機(jī)普遍采用此方法。

　　3、扭力棒轉(zhuǎn)矩測(cè)量法

　　利用棒的扭力角與轉(zhuǎn)矩成比例的方法。扭力棒用2組刻度圓盤(pán)夾住，轉(zhuǎn)矩加在棒上時(shí)，產(chǎn)生的扭力角度θ，用光學(xué)方法測(cè)量，再由下式計(jì)算轉(zhuǎn)矩T：

　　θ=32LT/（πGD4）

　　式中，D為扭力棒直徑，G為系數(shù)。下圖表示扭力棒轉(zhuǎn)矩測(cè)量法的使用原理。

　　此種試驗(yàn)方法的優(yōu)點(diǎn)是低慣量、高精度測(cè)量。此測(cè)力器（應(yīng)變計(jì)）方式要求高靈敏度放大器，以便避免應(yīng)變計(jì)的再調(diào)整，以應(yīng)對(duì)轉(zhuǎn)矩信號(hào)范圍大的緣故。缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生扭力振動(dòng)等問(wèn)題。