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如何计算步进电机扭矩?

2020-01-16 16:47:41     来源:CQPUSI        

【大比特导读】该图显示了57系列集成式步进电机各种电机机身长度的速度-扭矩曲线,电机机身长度越长可输出的扭矩越大,57系列步进电机机身长度一般不会超过112mm。

步进电机因其价格低廉,坚固耐用,简单,在启动时和低速时具有高扭矩,几乎不需要维护而可以在开环控制系统中运行,因此仍然很受欢迎,那么步进电机保持扭矩是什么,如何计算步进电机扭矩,文章做相关介绍。

步进电机

该图显示了57系列集成式步进电机各种电机机身长度的速度-扭矩曲线,电机机身长度越长可输出的扭矩越大,57系列步进电机机身长度一般不会超过112mm。市面上一些一体化步进电机,将步进电机的驱动与控制器集成于一体机,最大256细分,可轻松实现步进电机的高精度定位等控制,并且可设置停止时电机保持扭矩大小。保持转矩是将固定式步进电机轴推到位所需的旋转力的量度。保持转矩(T)是电动机的转矩常数(KT)与施加到定子绕组的电流(i)的乘积。

T = KTi

在大多数应用中,步进电机驱动器控制步进电机,采用脉冲宽度调制(PWM)技术来监视定子电流并施加适当的电压以达到所需的电流和扭矩,当电动机静止时,驱动器仅需要使用足够的电压来克服定子线圈的电阻(也称为电动机相)。欧姆定律对此进行了描述,该定律将电压计算为电流(以安培为单位)乘以电阻(以欧姆为单位)。如果电压增加,电流也会增加,但是如果电阻增加,电流会减少。

V = iR

由于大多数高性能步进电机的相电阻都很低,因此驱动器不需要太高电源电压即可实现步进电机的精确定位。在实际应用中,电机不会永远保持静止状态,而是用于带动负载以特定速度运动,需要步进电机以该速度提供动态扭矩。步进电机不会从静止状态立即跳变为目标速度,它们必须加速,就像驾驶员踩油门踏板时逐渐提高速度一样,为了使车辆更快地加速,需要更多的汽油,遵循著名的牛顿定律F = ma。集成式总线步进电机将步进电机S型加减速算法集成到驱动控制器内,通过设置加减速档位可实现步进电机的加减速控制如何设置步进电机加减速时间。以下是用旋转术语表示的牛顿定律的公式,其中转矩(T)与转子负载惯量(J)和角加速度(A)成正比:

T = JA

如果需求扭矩为1.75N.m,需求转速450rpm,则电机应选择PMC007C6SE 57-76这款型号,如上图所示。步进电动机的动扭矩随着速度的增加而减小,因为当电动机开始运动时,它就变成了发电机。当转子的磁场在定子线圈之间移动时,电机端子上会出现电压。驱动器必须向电动机施加额外的电压以克服该电压,称为反电动势。反向电动势是电动机速度(w)和电压常数(KE)的乘积,同样,定子线圈与所有线圈一样,具有抵抗电流变化的电感,当定子电流变化以保持转子转动时,必须使用更多的电压来克服电感(L)。运动中的电动机的电压方程为:

V =KE+ iR + L(di / dt)

PWM驱动器将增加施加到电动机的电压,以保持电流和转矩恒定。在某种速度下,电源将没有足够的电压,并且电动机电流将开始下降。转矩随电流下降。如果使用更高电压的电源,则动态转矩在较高速度下仍保持平坦。市面上某些驱动器支持12-48V宽范围电压供电,能保证步进电机在运行时扭矩输出更为平稳。

以上为步进电机扭矩计算及相关介绍。

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