步进电机的扭矩计算

我们有了步进电机的扭矩计算"。 注释

 

结论在前。 但遗憾的是,步进电机的扭矩计算比直流电机等更为复杂,需要了解多个不同的扭矩概念、设计机器的最后一个流程是检查目录中转速下的扭矩特性。 情况将会如此。

 

本文将介绍其中的两个关键概念:扭矩。

步进电机扭矩

1. 保持扭矩

这是因为步进电机静止 是受激线圈产生的扭矩。电机保持位置所能承受的最大外部扭矩表示。

 

通常用于测量步进电机的典型扭矩。单位以 Nm、kgf-cm 等表示。在产品目录和规格表中。最大静扭矩 "和 "最大励磁静扭矩 "的含义几乎相同。 是

 

保持扭矩公式

因为保持扭矩取决于电机的设计、线圈匝数、磁铁强度和电流值、这不是一个简单的公式就能确定的。

 

  • 保持扭矩只是静止时的扭矩。
  • 当电机实际旋转时,只能获得比保持扭矩更低的扭矩。

 

 

2. 动态扭矩

这是步进电机旋转时产生的扭矩。动态扭矩通常会随着转速(脉冲速度)的增加而减小。在选择步进电机时,有必要检查在所需转速范围内是否能获得足够的动态转矩。动态扭矩特性通常以 "转速 - 扭矩特性 "或 "频率 - 扭矩特性 "的图形表示。

 

 

动态扭矩计算公式

动态扭矩的变化也很复杂,取决于电机的结构和驱动条件、没有通用的简单公式。

 

影响动态扭矩的主要因素如下。

  • 脉冲速度(赫兹或 pps):速度越快,扭矩越小。
  • 驱动电流:电流越大,扭矩越大,但必须注意不要超过电机的额定电流。
  • 驱动电压:较高的驱动电压可减少高速时的扭矩损失。
  • 电感:高线圈电感会减慢电流上升速度,往往会降低高速时的扭矩(可提供补充资料)。
  • 负载惯性:负载惯性越大,加速和减速时需要的扭矩就越大。

 

 

补充信息 [高线圈电感 = 高速转矩之间的关系]。

线圈具有阻止电流变化(自感应)的特性。电感(L)表示这种特性的强度。

 

  • 电感越大,试图改变电流的电压所产生的反向 EMF 就越大。
  • 这种反向电磁场会阻止电流发生变化,从而减缓电流的启动速度。
  • 相反,低电感的线圈会使电流上升相对较快。

 

例如,在电动机中,施加到线圈上的电压频率在高速范围内会增加。

 

  • 电感较高的线圈具有较大的感抗,在交流电路中就像电阻一样。
  • 如果电流不足,电机产生的磁力就会减弱,因此高速运转时的扭矩可能会降低。

 

补充资料

  • 转矩特性不仅受到电感的强烈影响,还受到电机设计(磁铁强度、绕组电阻等)和控制方法的影响。
  • 高电感量的线圈具有抑制电流纹波的效果,这在低速和稳态运行时可能很有利。

因此可以说,一般来说,线圈电感越大,电流上升越慢,在高速运转时往往会减小扭矩。

 

 

步进电机选择(关键)

根据上述扭矩特性,步进电机的选择应遵循以下原则

 

  • 估算所需的固定扭矩:考虑到安全系数,选择使负载保持静止所需的扭矩值。
  • 确定所需的转速范围: 了解运行所需的最低和最高速度。
  • 估算所需的动态扭矩: 计算在每个转速下驱动负载所需的扭矩。还必须考虑加速和减速扭矩。
  • 检查电机的转速-扭矩特性:在产品目录和其他资料中查看所选电机是否能在所需速度范围内提供足够的动态扭矩。

 

 

补充信息:加速扭矩

要使电机加速或减速,除了负载转矩外,还需要一个加速转矩。加速转矩 (Ta) 可用下式近似表示

 

Ta=J⋅α

 

  • Ta:加速扭矩(牛顿米)
  • J:负载与电机转子惯性矩之和(kg⋅m2)
  • α: 角加速度(rad/s2)

 

角加速度 α 由目标旋转速度和加速时间得出。计算 可以做到。

 

 

摘要

在计算步进电机的扭矩时,重要的是要理解之前的保持扭矩和动态扭矩概念,并根据运行条件选择合适的电机。尤其是动态扭矩,它随转速的变化而显著变化。 因此,请务必检查产品目录中的转速 - 扭矩特性。

 

上图