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[導(dǎo)讀]   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

  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。前者稱為失步或丟失轉(zhuǎn)矩,后者稱為起動(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?;営镁€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。

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