馬達｜基礎篇

步進馬達的基本特性

2023.11.22

重點

・“引入轉矩特性”也稱為“啟動轉矩特性”，表示可以使停止狀態的步進馬達啟動的頻率（脈衝頻率）與負載轉矩之間的關係。

・引入轉矩曲線內的區域稱為“自啟動區域”，是可以啟動、停止和反轉的區域。

・將負載轉矩為零的頻率＝可以啟動步進馬達的極限頻率稱為“最大自啟動頻率”。

・“失步轉矩特性”也稱為“連續特性”或“脫出轉矩特性”，表示在自啟動後增加負載轉矩時可以繼續旋轉的頻率，其值高於引入轉矩特性的值。

・步進馬達可以連續運行的極限稱為“最大連續運行頻率”。

・引入轉矩特性和失步轉矩特性都是負載轉矩會隨著脈衝頻率的增加而降低。

・保持轉矩是在通電狀態下在步進馬達停止時即使外加外力，步進馬達也試圖保持停止位置的力。

・步進馬達的引入轉矩特性和失步轉矩特性會因激磁方法和驅動電路而異。

本文將介紹步進馬達的基本特性。

步進馬達的基本特性

下圖顯示了步進馬達的轉矩和速度之間的關係。縱軸為轉矩，橫軸為脈衝頻率。脈衝頻率是指驅動脈衝的頻率，在步進馬達中，通常使用脈衝頻率pps（pulses per second，每秒脈衝數）代替頻率Hz。藍色曲線表示步進馬達的“引入轉矩特性”，黃色曲線表示步進馬達的“失步轉矩特性”。

下面分別介紹每個特性：

■引入轉矩（Pull-in Torque）特性
“引入轉矩特性”也稱為“啟動轉矩特性”，表示可以使停止狀態的步進馬達啟動的頻率（脈衝頻率）與負載轉矩之間的關係。引入轉矩曲線內的區域稱為“自啟動區域”，是可以啟動、停止和反轉的區域。另外，將負載轉矩為零的頻率＝可以啟動步進馬達的極限頻率稱為“最大自啟動頻率”。如圖所示，頻率越高，可啟動的負載轉矩越低。

■失步轉矩（Pull-out Torque）特性
“失步轉矩特性”也稱為“連續特性”或“脫出轉矩特性”。表示在自啟動後增加負載轉矩時可以繼續旋轉的頻率。因此，其值高於引入轉矩特性的值。步進馬達可以連續運行的極限稱為“最大連續運行頻率”。與引入轉矩特性一樣，失步轉矩特性也是負載轉矩會隨著脈衝頻率的增加而降低。

■保持轉矩（Holding Torque）
步進馬達在通電狀態下，在步進馬達停止時即使外加外力，馬達也試圖透過轉子與定子之間的吸引力來保持停止位置，這種保持力稱為“保持轉矩”。在上圖中，即工作頻率（脈衝頻率）為零、也就是停止狀態下的轉矩。

順便提一下，步進馬達的轉矩之所以隨著工作頻率的增加而減小，是因為受繞線電感影響，電流難以在高頻條件下流動。

另外，步進馬達的引入轉矩特性和失步轉矩特性會因激磁方法和驅動電路而異。因此，對步進馬達的特性研究中，需要進行包括驅動方法和電路在內的整體評估。

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