前言

基本信息

前言說明

根據我讀的《步進電機應用技術》這本書，進行的學習過程中的知識記錄和心得體會的記錄。

說明

  爲了評估步進電機的特性必須要有必要的測量方法。本章針對步進電機的基本特性①靜態特性:靜態轉矩特性，步進角度精度;②動態特性:速度-轉矩特性;③暫態特件；介紹各種測量方法。並且進一步說明引起步進電機產生振動和噪音的原因，以及振動和噪音的測量方法。

6.1 靜態特性

1 . 靜態轉矩特性

  靜態轉矩特性爲步進電機的轉子靜止狀態（平衡狀態）的特性，該特性與時間無關，靜態轉矩特性也稱爲角度-靜態特性或剛度特性，是步進電機定子直流激磁狀態下，負載轉矩與轉子位移角度的變化關係。此轉矩如圖6. 1所示，以正弦規律變化，最大轉矩爲 T M T_M TM​，產生的靜態轉矩 T T T與位移角 θ θ θ的關係如下[ 1 4 ]

  其中，圖6.1的 θ θ θ , θ L θ_L θL​, θ M θ_M θM​爲機械角度。 θ M θ_M θM​爲產生 T M T_M TM​的角度。兩相PM型或兩相HB塑的步距角一致。
  根據式(6. 1)和式（3. 10)得知，負載轉 矩 T L T_L TL​ 決 定 位 移 角 θ L θ_L θL​的 大 小 。
  由於步進電機的負載決定角位置，因此一定負載轉矩 T L T_L TL​時， θ L θ_L θL​越小，角度精度越高。因此希望步進電機最大靜態轉矩(保持轉矩） T M T_M TM​要大。連續測量 T L T_L TL​與 θ L θ_L θL​，就可以得到靜態轉矩特性曲線。
  步進電機的靜態轉矩特性，可以1相激磁，也可以2相激磁， A相與B相1相激磁轉矩公式如下式所示，其中角度 θ θ θ爲電氣角。


  2相激磁轉矩TAB由式(6. 2)相式(6. 3)推導爲

  2相激磁的轉矩爲1相的 2 \sqrt2 2 ​倍，相位位移 π / 4 π/4 π/4。1 相激磁轉矩 T A T_A TA​、 T B T_B TB​與兩相激磁的轉矩 T A B T_{AB} TAB​，如圖6. 2所示。

  其次，說明這些轉矩的測定方法。最近由專業生產測量設備的廠家生產的步進電機轉矩測量裝置在市場上有售，在此不對這些儀器的測試方法進行說明。

2. 靜 態 轉 矩 特 性 測 量

1.轉矩表:

  將步進電機固定。如圖6.3 所示，讀取轉矩表的讀數和角度測量儀的讀數，依據角度及轉矩繪製距角特性曲線，如圖6. 1所示^如不測量角度，只能測出最大靜態轉矩 T M T_M TM​。

2. 滑輪重量法：

  如圖6. 4所示，用滑輪和重物代替圖6, 3的轉矩表。依次改變重物W的重童，利用電位計或編碼器測量角度，也能得到與轉矩表相N的轉矩曲線。

3. 應力計和編碼器

  前述的兩種方法轉矩值需要人工讀取，測量費時間，且無法自動得出轉矩曲線。相對的，如圖6. 5所示，應變汁式轉矩計與光學式兩軸編碼器貞接與步進電機連接，利用轉矩計、編碼器和記錄儀，能連續測量靜態轉矩特性。

  爲了使電機旋轉，須使用減速器降低電機轉速，齒輪齧合引起的重量變化量很小，此時，須加上比轉子慣量大十幾倍的飛輪。在齒輪的負載方向要加上重量，以便使齒隙最小。
  圖6. 6的曲線爲圖6. 5的方法的試驗曲線，調整被試電機的供電電壓，測董靜態轉矩特性。被試電機的尺寸大小爲42mm，33 mm長，兩相 HB 型， 1.8 °，35Ω /相，轉子慣量 15 g • c m 2 15g •cm^2 15g•cm2。

  測最時需要用基準重量來校正 Y 軸的轉矩值，利用 X- Y 記 錄儀直接讀取轉矩值。
  圖6. 7爲改變激磁相，測量1相激磁和2相激磁的靜態轉矩特性。可以看出，1相激磁和2相激磁產生的轉矩大小和停止位置的不同，即相位差和轉矩與圖6. 2所示的關係相同。

3.定位（齒槽）轉矩特性測量法

  轉子使用永久磁鐵的步進電機，定子線圈沒有通電流時，轉子如旋也會產生轉矩。此時，永久磁鐵產生的轉矩稱爲齒槽轉矩或定位轉矩。此轉矩用感應計和編碼器方法測最，但齒槽轉矩只有靜態轉矩的10%，所以要改變轉矩計的測量範圍。爲得到準確的測量數據，步進電機、編器、轉矩傳感器的同軸度要好，考慮使用可拆卸的連軸器，要注意不要生摩擦轉矩。
  圖6.6和圖6.7爲被試步進電機的靜態轉矩特性，由於其齒槽轉矩過小，靜態轉矩與齒槽轉矩如同時表示，則齒槽轉矩對 θ τ θτ θτ的影響很不明顯。圖6. 8所示的步進電機靜態轉矩特性中繪出的齒槽轉矩比實際齒槽轉矩要大。實際上，被試步進電機規格選用兩相HB型，3. 6°步距角， 4主極的步進電機，其齒槽轉矩爲靜態轉矩的4倍頻率，額定電壓爲12V時的距角特性受到齒槽轉矩的影響，發生畸變；當輸人電壓降低到5V時，由於齒槽轉矩波形不變，靜態轉矩特性的畸變更歷害。因此，由12V到5V節能狀態運行，依據負載情況，應注意控制位置誤差。