步進電機靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性的測量方法

　　步進電機的線圈通直流電時，帶負(fù)載轉(zhuǎn)子的電磁轉(zhuǎn)矩（與負(fù)載轉(zhuǎn)矩平衡而產(chǎn)生的恢復(fù)電磁轉(zhuǎn)矩稱為靜態(tài)轉(zhuǎn)矩或靜止轉(zhuǎn)矩）與轉(zhuǎn)子功率角的關(guān)系稱為角度-靜止轉(zhuǎn)矩特性，這就是電機的靜態(tài)特性。如下圖所示：

　　因為轉(zhuǎn)子為永磁體，產(chǎn)生的氣隙磁密為正弦分布，所以理論上靜止轉(zhuǎn)矩曲線為正弦波。此角度-靜止轉(zhuǎn)矩特性為步進電機產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩能力的重要指標(biāo)，最大轉(zhuǎn)矩越大越好，轉(zhuǎn)矩波形越接近正弦越好。實際上磁極下存在齒槽轉(zhuǎn)矩，使合成轉(zhuǎn)矩發(fā)生畸變，如兩相電機的齒槽轉(zhuǎn)矩為靜止轉(zhuǎn)矩角度周期的4倍諧波，加在正弦的靜止轉(zhuǎn)矩上，則上圖所示的轉(zhuǎn)矩為：

　　TL=TMsin［（θL/θM）π/2］

　　其中TL與TM各表示負(fù)載轉(zhuǎn)矩和最大靜止轉(zhuǎn)矩（或稱把持轉(zhuǎn)矩），相對應(yīng)的功率角為θL和θM，此位移角的變化決定了步進電機位置精度。根據(jù)上式得到：

　　θL=（2θM/π）arcsin（TL/TM）

　　PM型永磁步進電機和HB混合式步進電機的步距角θs在前面的課程中講過即：θs=180°/PNr，角度改為機械角度（弧度），則變成下式：

　　θs=π/（2Nr）

　　上式Nr為轉(zhuǎn)子齒數(shù)或極對數(shù)，所以兩相電機θM=θs。

　　轉(zhuǎn)矩表：將步進電機固定。如圖下圖所示，讀取轉(zhuǎn)矩表的讀數(shù)和角度測量儀的讀數(shù)，依據(jù)角度及轉(zhuǎn)矩繪制距角特性曲線，如圖如本文前面第一圖所示。如不測量角度，只能測出最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩TM。

　　滑輪重量法：如圖下圖所示，用滑輪和重物代替上圖的轉(zhuǎn)矩表。依次改變重物W的重量，利用電位計或編碼器測量角度，也能得到與轉(zhuǎn)矩表相同的轉(zhuǎn)矩曲線。

　　應(yīng)力計和編碼器：前述的兩種方法轉(zhuǎn)矩值需要人工讀取，測量費時間，且無法自動得出轉(zhuǎn)矩曲線。相對的，如圖下圖所示，應(yīng)變計式轉(zhuǎn)矩計與光學(xué)式兩軸編碼器直接與步進電機連接，利用轉(zhuǎn)矩計、編碼器和記錄儀，能連續(xù)測量靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性。

　　為了使電機旋轉(zhuǎn)，須使用減速器降低電機轉(zhuǎn)速，齒輪嚙合引起的重量變化量很小，此時，須加上比轉(zhuǎn)子慣量大十幾倍的飛輪。在齒輪的負(fù)載方向要加上重量，以便使齒隙最小。下圖的曲線為圖上圖的方法的試驗曲線，調(diào)整被試電機的供電電壓，測量靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性。被試電機的尺寸大小為42mm，33mm長，兩相HB型，1.8°，35Ω/相，轉(zhuǎn)子慣量15g?cm2。

　　測量時需要用基準(zhǔn)重量來校正Y軸的轉(zhuǎn)矩值，利用X-Y記錄儀直接讀取轉(zhuǎn)矩值。

　　下圖為改變激磁相，測量1相激磁和2相激磁的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩特性?？梢钥闯?，1相激磁和2相激磁產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩大小和停止位置的不同，即相位差和轉(zhuǎn)矩與圖本文第二圖所示的關(guān)系相同。