步進電機扭矩基礎

時間：2019-11-27 16:34

　　步進電機因其價格低廉，堅固耐用，簡單，在啟動時和低速時具有高扭矩，幾乎不需要維護而可以在開環控制系統中運行，因此仍然很受歡迎。

　　步進電機將整個旋轉分為多個相等的步長。只要根據扭矩和速度仔細選擇適合應用的尺寸，就可以使電動機的位置移動并保持在這些步驟之一。保持轉矩是將固定式步進電機軸推到位所需的旋轉力的量度。保持轉矩(T)是電動機轉矩常數(KT)與施加到定子繞組的電流(i)的乘積。

　　T = KTi

　　在大多數應用中，電子驅動器控制步進電機。他們采用脈沖寬度調制(PWM)技術來監視定子電流并施加適當的電壓以達到所需的電流和扭矩。當電動機靜止時，驅動器僅需要使用足夠的電壓來克服定子線圈的電阻(也稱為電動機相)。這由歐姆定律描述，該定律將電壓計算為電流(以安培為單位)乘以電阻(以歐姆為單位)。如果電壓增加，電流也會增加，但是如果電阻增加，電流會減少。

　　V = iR

　　由于大多數高性能步進電機的相電阻都很低，因此驅動器不需要太多電源電壓即可將電機固定在適當的位置。在實際應用中，電機不會永遠保持靜止狀態。它用于移動負載。以特定速度移動物體需要以該速度提供動態扭矩。步進電機不會從靜止狀態立即更改為給定速度。它們必須加速，就像駕駛員踩油門踏板時逐漸提高速度一樣。為了使車輛更快地加速，需要更多的汽油。遵循牛頓著名的定律F = ma，步進電機也類似。以下是用旋轉術語表示的牛頓定律的公式，其中轉矩(T)與轉子，負載慣量(J)和角加速度(A)成正比：

　　T = JA

　　要管理更大的負載或更快地加速，需要更大的扭矩。但是，步進電動機的動扭矩隨著速度的增加而減小，因為當電動機開始運動時，它就變成了發電機。隨著轉子磁場在定子線圈之間移動，電機端子上會出現電壓。驅動器必須向電動機施加額外的電壓以克服該電壓，稱為反電動勢，這是電動機速度(w)和電壓常數(KE)的乘積。同樣，定子線圈與所有線圈一樣，具有抵抗電流變化的電感。當定子電流變化以保持轉子轉動時，必須使用更多的電壓來克服電感(L)。運動中的電動機的電壓方程為：

　　V =KE?+ iR + L(di / dt)

　　PWM驅動器將增加施加到電動機的電壓，以保持電流和轉矩恒定。在某種速度下，電源將沒有足夠的電壓，并且電動機電流將開始下降。轉矩隨電流下降。如果使用更高電壓的電源，則動態轉矩在較高速度下仍保持平坦(請參見圖1)。