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步进电机的转速 – 转矩曲线

栏目: 伺服系统

发表时间: 2017年11月25日

当选择步进电机时,您尝试选择符合您的速度和扭矩要求的电机以及一些安全裕度。但是,如何比较电机供应商之间的电机性能呢?大多数供应商提供速度 – 转矩特性曲线,以提供电机性能的预期。步进电机转速 – 转矩曲线显示与特定的驱动器组合时,步进电机在给定速度下可获得多少转矩。这意味着根据不同的电机和驱动器组合,步进电机系统可能会有不同的性能。本文将介绍如何生成步进电机的速度 – 转矩曲线,以及在曲线上寻找哪些重要的点。

一个明确的速度 – 扭矩曲线,如下所示,应包括以下信息。

1.电源输入: 这是提供给驱动器的电压。对于直流输入电压驱动器,这个相同的电压通常直接施加到电机绕组上。对于交流输入电压驱动器,在施加到电机绕组之前,交流电压被整流为直流电压。例如,对于115VAC的驱动器,电机绕组的施加电压为162VDC。

2.驱动程序类型: 说明使用什么类型的驱动程序来创建曲线。应该显示单极或双极驱动器。驱动器类型也将说明驱动器是恒定电流还是恒定电压类型。

3.阻尼器的使用: 虽然不需要,阻尼器可以通过表示电机上的惯性负载来帮助创建更典型的性能曲线。曲线应该说明是否使用了阻尼器以及它的特性。

4.步角: 这是创建曲线时电机驱动的步距角。曲线通常会显示电动机的基本步进角(1.8°,0.9°,0.72°,0.36°)或使用的驱动器分辨率(完整,一半,微步距)。

5.电机绕组配置: 描述电机如何连接到驱动器以及绕组上施加了什么电流。电机连接可以是单极,双极系列,双极半线和双极并联。

6.扭矩单位: 垂直轴显示扭矩的大小和单位(例如oz-in,Nm等)。

7.速度: 水平轴显示电机的轴速度和单位(例如rpm,pps,Hz等)。

8.最大空载启动速度: 最大空载启动速度是电机可以在没有负载的情况下同步启动并且不使用加速度的最大速度。通常在水平轴上显示为标记为“fs”的刻度线。

9.保持转矩: 电机静止时,电机产生的转矩,额定电流加在绕组上。

10.拉出转矩曲线: 该曲线表示步进电机在任何给定速度下可以提供给负载的最大转矩。任何超过(高于)曲线的转矩或速度都会导致电机失去同步。

11.拉入转矩曲线(无负载): 该曲线表示空载步进电机无需任何加速或减速即可启动或停止的最大转矩和速度组合。由于步进电机的牵引力矩曲线取决于附着在电机上的惯性负载,所以在目录中显示的速度 – 力矩曲线中没有显示牵引力矩曲线。为了在拉入转矩曲线上运行,必须将电机加速或减速到回转范围之外。

12.惯性力矩曲线(惯性载荷): 该曲线表示具有惯性载荷(即阻尼器)的步进电机可以向负载提供的最大转矩和速度组合,并且在没有任何加速或减速的情况下启动或停止。为了在拉入转矩曲线上运行,必须将电机加速或减速到回转范围之外。

13.自启动范围(启动/停止区域): 在此区域内,步进电机可以与输入脉冲同步启动,停止或改变方向,而不需要加速或减速。

14. 摆动范围:摆动范围是步进电机通常工作的地方。步进电机不能直接在旋转范围内启动。在自启动范围内的任何地方启动电机后,电机可加速或加载到旋转范围内。在电机停止之前,电机必须减速或减载回到自启动范围。

15.最大响应频率: 这是无负载施加在轴上时电机可以运行的最大速度。

速度扭矩特性PKE系列步进电机速度转矩曲线
速度 – 扭矩曲线是通过将步进电机旋转到已知速度,然后通过制动器逐渐向输出轴施加扭矩,并通过扭矩传感器进行测量。负载缓慢施加,直到电机失去同步(停止)。在电机失去同步的时刻,记录同时施加在电机轴上的转矩。这个过程在每个速度点重复三次。然后将三个转矩值的平均值用作速度 – 转矩曲线上显示的值。这个过程在几个速度点重复。然后在各个速度点绘制转矩点以创建完整的曲线。见下图。

步进电机转速转矩点
  如前所述,速度 – 转矩特性由步进电机和驱动器组合决定。一般来说,电机绕组施加的电压越高,电机旋转的速度越快。例如,在下面的曲线中,CVK245AK / CVK245BK步进驱动器的转速 – 转矩曲线表明电机绕组上施加了24VDC电压,而RKS545步进电机驱动器的曲线上施加了162VDC的电压。正如您所看到的,RKS545步进驱动器的速度扭矩保持在一个更高的速度。

步进电机CVK245AK速度转矩
步进电机RKS545速度转矩
  总之,速度 – 转矩曲线可以为您的应用选择正确的步进电机提供有用的工具。


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