步进电机基础（6.1）-步进电机的特性测量方法-静态特性

前言
- 基本信息
- 前言说明
- 说明
6.1 静态特性
- 1 . 静态转矩特性
- 2. 静态转矩特性测量
- - 1.转矩表:
  - 2. 滑轮重量法：
  - 3. 应力计和编码器
- 3.定位（齿槽）转矩特性测量法

前言

基本信息

名称	描述说明
教材名称	步进电机应用技术
作者	坂本正文
译者	王自强

前言说明

根据我读的《步进电机应用技术》这本书，进行的学习过程中的知识记录和心得体会的记录。

说明

为了评估步进电机的特性必须要有必要的测量方法。本章针对步进电机的基本特性①静态特性:静态转矩特性，步进角度精度;②动态特性:速度-转矩特性;③暂态特件；介绍各种测量方法。并且进一步说明引起步进电机产生振动和噪音的原因，以及振动和噪音的测量方法。

6.1 静态特性

1 . 静态转矩特性

静态转矩特性为步进电机的转子静止状态（平衡状态）的特性，该特性与时间无关，静态转矩特性也称为角度-静态特性或刚度特性，是步进电机定子直流激磁状态下，负载转矩与转子位移角度的变化关系。此转矩如图6. 1所示，以正弦规律变化，最大转矩为 T M T_M TM，产生的静态转矩 T T T与位移角 θ θ θ的关系如下[ 1 4 ]

其中，图6.1的 θ θ θ , θ L θ_L θL, θ M θ_M θM为机械角度。 θ M θ_M θM为产生 T M T_M TM的角度。两相PM型或两相HB塑的步距角一致。
根据式(6. 1)和式（3. 10)得知，负载转矩 T L T_L TL 决定位移角 θ L θ_L θL的大小。
由于步进电机的负载决定角位置，因此一定负载转矩 T L T_L TL时， θ L θ_L θL越小，角度精度越高。因此希望步进电机最大静态转矩(保持转矩） T M T_M TM要大。连续测量 T L T_L TL与 θ L θ_L θL，就可以得到静态转矩特性曲线。
步进电机的静态转矩特性，可以1相激磁，也可以2相激磁， A相与B相1相激磁转矩公式如下式所示，其中角度 θ θ θ为电气角。

2相激磁转矩TAB由式(6. 2)相式(6. 3)推导为

2相激磁的转矩为1相的 2 \sqrt2 2 倍，相位位移 π / 4 π/4 π/4。1 相激磁转矩 T A T_A TA、 T B T_B TB与两相激磁的转矩 T A B T_{AB} TAB，如图6. 2所示。

其次，说明这些转矩的测定方法。最近由专业生产测量设备的厂家生产的步进电机转矩测量装置在市场上有售，在此不对这些仪器的测试方法进行说明。

2. 静态转矩特性测量

1.转矩表:

将步进电机固定。如图6.3 所示，读取转矩表的读数和角度测量仪的读数，依据角度及转矩绘制距角特性曲线，如图6. 1所示^如不测量角度，只能测出最大静态转矩 T M T_M TM。

2. 滑轮重量法：

如图6. 4所示，用滑轮和重物代替图6, 3的转矩表。依次改变重物W的重童，利用电位计或编码器测量角度，也能得到与转矩表相N的转矩曲线。

3. 应力计和编码器

前述的两种方法转矩值需要人工读取，测量费时间，且无法自动得出转矩曲线。相对的，如图6. 5所示，应变汁式转矩计与光学式两轴编码器貞接与步进电机连接，利用转矩计、编码器和记录仪，能连续测量静态转矩特性。

为了使电机旋转，须使用减速器降低电机转速，齿轮啮合引起的重量变化量很小，此时，须加上比转子惯量大十几倍的飞轮。在齿轮的负载方向要加上重量，以便使齿隙最小。
图6. 6的曲线为图6. 5的方法的试验曲线，调整被试电机的供电电压，测董静态转矩特性。被试电机的尺寸大小为42mm，33 mm长，两相 HB 型， 1.8 °，35Ω /相，转子惯量 15 g • c m 2 15g •cm^2 15g•cm2。

测最时需要用基准重量来校正 Y 轴的转矩值，利用 X- Y 记录仪直接读取转矩值。
图6. 7为改变激磁相，测量1相激磁和2相激磁的静态转矩特性。可以看出，1相激磁和2相激磁产生的转矩大小和停止位置的不同，即相位差和转矩与图6. 2所示的关系相同。

3.定位（齿槽）转矩特性测量法

转子使用永久磁铁的步进电机，定子线圈没有通电流时，转子如旋也会产生转矩。此时，永久磁铁产生的转矩称为齿槽转矩或定位转矩。此转矩用感应计和编码器方法测最，但齿槽转矩只有静态转矩的10%，所以要改变转矩计的测量范围。为得到准确的测量数据，步进电机、编器、转矩传感器的同轴度要好，考虑使用可拆卸的连轴器，要注意不要生摩擦转矩。
图6.6和图6.7为被试步进电机的静态转矩特性，由于其齿槽转矩过小，静态转矩与齿槽转矩如同时表示，则齿槽转矩对 θ τ θτ θτ的影响很不明显。图6. 8所示的步进电机静态转矩特性中绘出的齿槽转矩比实际齿槽转矩要大。实际上，被试步进电机规格选用两相HB型，3. 6°步距角， 4主极的步进电机，其齿槽转矩为静态转矩的4倍频率，额定电压为12V时的距角特性受到齿槽转矩的影响，发生畸变；当输人电压降低到5V时，由于齿槽转矩波形不变，静态转矩特性的畸变更历害。因此，由12V到5V节能状态运行，依据负载情况，应注意控制位置误差。

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