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步进电动机的特性

信息来源:MOTEC直流伺服电机代理商-深圳兴弘泰自动化
步进电动机的特性松下伺服一级代理-兴弘泰自动化
1、步进电机的基本特点
  反应式步进电动机转速只取决于脉冲频率、转子齿数和拍数,而与电压、负载、温度等因素无关。步进电动机工作时的步数或转速既不受电压波动和负载变化的影响(在允许的负载范围内),也不受环境条件(温度、压力、冲击、和振动等)变化的影响,只与控制脉冲同步,同时,它又能按照控制的要求进行启动、停止、反转或改变速度,这就是它被广泛的应用于各种数字控制系统中的原因。
2、距角特性
  距角特性是反映步进电动机电磁转矩T随偏转角 变化的关系。这一特性反映了比较电动机带负载的能力,它是电动机的最主要的性能指标之一。
步进电机的运行性能
3、静特性
  所谓静态是指步进电动机不改变通电状态,转子不动时的状态。步进电动机的静态特性主要指静态矩角特性和最大静转矩特性.。
1.静态矩角特性  
  描述步进电动机静态时电磁转矩T与失调角之间关系的特性曲线称为矩角特性。


步进电动机矩角特性 步进电动机最大静转矩特性
2.最大静态转矩
  矩角特性上电磁转矩的最大值称为最大静态转矩。它与通电状态及绕组内电流的值有关。在一定通电状态下,最大静转矩与绕组内电流的关系,称为最大静转矩特性。当控制电流很小时,最大静转矩与电流的平方成正比地增大,当电流稍大时,受磁路饱和的影响,最大转矩Tmax上升变缓,电流很大时,曲线趋向饱和。
3、动特性
  步进电动机运行时总是在电气和机械过渡过程中进行的,因此对它的动特性有很高的要求,步进电动机的动特性将直接影响到系统的快速响应以及工作的可靠性。它不仅与电动机的性能和负载性质有关,还和电源的特性及通电的方式有关,其中有些因素还是属于非线性的,
  要进行精确的分析较为困难,通常只能采用近似的方法来研究。
1.步进运行状态时的动特性
  开始时,步进电动机的矩角特性为曲线①所示,若电动机空载,则转子稳定在Ol点处。加一个脉冲,通电状态改变,矩角特性曲线变成曲线②,转子将稳定在新的稳定点O2。若电动机带负载,先假设负载转矩为T1,则在初始状态时电动机的稳定位置是曲线①上的01点。在改变通电状态的瞬间,转子位置还未来得及改变,而其受到的电磁转矩已是矩角特性曲线②上的02,如果开始负载转矩相当大,如图中T2,则转子起点为曲线①的01点。当通电状态改变时, 02为新稳定点运动, Tmax为步进电动机的最大静转矩。曲线①和曲线②的交点转矩Tq是步进电动机能带动的负载转矩极限值,有时称Tq为步进电动机的起动转矩。在最大静转矩相同的条件下,相数增大时,因曲线的交点Tq较高,步进电动机带负载能力也相应增大。

用矩角特性分析单步运动状态


步进电动机转子运动的过渡过程
2.连续运行状态时的动特性
  当控制绕组的电脉冲频率增高,相应的时间间隔也减小,以至小于电动机机电过渡过程所需的时间。若电脉冲的间隔小于图中的时间T1,当脉冲由绕组A相切换到B相,再切换到C相,这时转子从定子A极起动,移到定子B极,还来不及回转,C相已经通电,这样转子将继续按原方向转动,形成连续运行状态。实际上,步进电动机大都是在连续运行状态下工作的。在这样运行状态下电动机所产生的转矩称为动态转矩。
(1) 矩频特性
  步进电动机的最大动态转矩和脉冲频率的关系,即Tdm=F(f ),称为矩频特性,如图所示。


步进电动机矩频特性 起动频率与负载的关系
  在图中可以看出,步进电动机的最大动态转矩将小于最大静转矩,并随着脉冲频率的升高而降低.
(2) 最高工作频率
  步进电动机的最高工作频率是指电动机按指令的要求进行正常工作时的最大脉冲频率。
所谓正常工作就是说步进电动机不失步地工作,即一个脉冲就移动一个步距角。
步进电动机的工作频率,通常分为启动频率、制动频率及连续工作频率。—般步进电动机的技术参数中只给出起动频率和连续工作频率。
  步进电动机的起动频率f0是指它在一定的负载转矩下能够不失步地起动的最高频率。起动频率的大小是由许多因素决定的,绕组的时间常数越小,负载转矩和转动惯量越小,步矩角越小,则起动频率越高,如图所示。 步进电动机的连续工作频率,又称运行频率。它是指步进电动机启动后,当控制脉冲连续发出时,能不失步运行的最高频率。影响运行频率的因素与影响起动频率的因素基本上相同,但是转动惯量对运行频率的影响不像对起动频率的影响那么明显,它仅影响到频率连续上升的速度。

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