步進電機靜態轉矩特性

　　步進電機的線圈通直流電時，帶負載轉子的電磁轉矩（與負載轉矩平衡而產生的恢復電磁轉矩稱為靜態轉矩或靜止轉矩）與轉子功率角的關系稱為角度-靜止轉矩特性，這就是電機的靜態特性。如下圖所示：

　　因為轉子為永磁體，產生的氣隙磁密為正弦分布，所以理論上靜止轉矩曲線為正弦波。此角度-靜止轉矩特性為步進電機產生電磁轉矩能力的重要指標，最大轉矩越大越好，轉矩波形越接近正弦越好。實際上磁極下存在齒槽轉矩，使合成轉矩發生畸變，如兩相電機的齒槽轉矩為靜止轉矩角度周期的4倍諧波，加在正弦的靜止轉矩上，則上圖所示的轉矩為：

　　TL=TMsin［（θL/θM）π/2］

　　其中TL與TM各表示負載轉矩和最大靜止轉矩（或稱把持轉矩），相對應的功率角為θL和θM，此位移角的變化決定了步進電機位置精度。根據上式得到：

　　θL=（2θM/π）arcsin（TL/TM）

　　PM型永磁步進電機和HB混合式步進電機的步距角θs在前面的課程中講過即：θs=180°/PNr，角度改為機械角度（弧度），則變成下式：

　　θs=π/（2Nr）

　　上式Nr為轉子齒數或極對數，所以兩相電機θM=θs。

　　步進電機靜態轉矩特性的測量方法

　　轉矩表：將步進電機固定。如圖下圖所示，讀取轉矩表的讀數和角度測量儀的讀數，依據角度及轉矩繪制距角特性曲線，如圖如本文前面第一圖所示。如不測量角度，只能測出最大靜態轉矩TM。

　　滑輪重量法：如圖下圖所示，用滑輪和重物代替上圖的轉矩表。依次改變重物W的重量，利用電位計或編碼器測量角度，也能得到與轉矩表相同的轉矩曲線。

　　應力計和編碼器：前述的兩種方法轉矩值需要人工讀取，測量費時間，且無法自動得出轉矩曲線。相對的，如圖下圖所示，應變計式轉矩計與光學式兩軸編碼器直接與步進電機連接，利用轉矩計、編碼器和記錄儀，能連續測量靜態轉矩特性。

　　為了使電機旋轉，須使用減速器降低電機轉速，齒輪嚙合引起的重量變化量很小，此時，須加上比轉子慣量大十幾倍的飛輪。在齒輪的負載方向要加上重量，以便使齒隙最小。下圖的曲線為圖上圖的方法的試驗曲線，調整被試電機的供電電壓，測量靜態轉矩特性。被試電機的尺寸大小為42mm，33mm長，兩相HB型，1.8°，35Ω/相，轉子慣量15g?cm2。

　　測量時需要用基準重量來校正Y軸的轉矩值，利用X-Y記錄儀直接讀取轉矩值。

　　下圖為改變激磁相，測量1相激磁和2相激磁的靜態轉矩特性。可以看出，1相激磁和2相激磁產生的轉矩大小和停止位置的不同，即相位差和轉矩與圖本文第二圖所示的關系相同。