步进电机动态特性的三种测量方法

• 滑轮平衡法
• 磁滞制动法
• 扭力棒转矩测量法

下面介绍速度-动态转矩（dynamic torque）特性的测量法。步进电机的动态转矩有最大失步转矩与起动转矩。这两种转矩随驱动频率的增加而下降，原因是由于线圈的电抗增加，电流减少造成的。在低速运行时，其运行在振动带区域，转矩会突然下降，此为转子的自然振动频率与驱动频率共振产生的现象；或者，在转子转动方向突然发生改变瞬间，同时接收到驱动指令脉冲，也会产生此现象。这些现象均需要正确测量电磁转矩。本节介绍3种测量转矩的方法及其测量原理。

滑轮平衡法

此测定电机转矩的方法与普罗尼制动（prony brake）原理相同。滑轮用线绕几圈，线一端挂弹簧秤，滑轮与线之间产生滑动摩擦测量转矩。下左图表示滑轮平衡法。

根据左图，转矩T变成下式：

T=(F-f)(r+a)=Fr+Fa-fr-fa

上式中，f为线的张力，F为弹簧力，a为线的半径，r为滑轮的半径。

测量时，如f/F=0.01，a/r=0.01，则上式变成如下：

T=Fr(1-10^-4)≈Fr

即式中的f、a被忽略。

此种方式的动态转矩计，釆用营原研究所的挂线（普罗尼制动）方式，电脑画面会显示转矩曲线。其挂线的形式如上右图所示。

磁滞制动法

因磁滞制动由低速到高速有稳定的制动力关系，转矩计使用很多，其原理为磁场中的磁滞力将对运行中的被测电机施加制动力制动。此时，反作用转矩会作用到磁滞转子的定子上，此时用测力器（load cell）测出。

制动力用产生磁场的线圈电流能任意设定。但磁滞转子的惯量大是其缺点，输出转矩为100mN•m以下的小型步进电机普遍采用此方法。

扭力棒转矩测量法

利用棒的扭力角与转矩成比例的方法。扭力棒用2组刻度圆盘夹住，转矩加在棒上时，产生的扭力角度θ，用光学方法测量，再由下式计算转矩T：

θ=32LT/(πGD⁴)

式中，D为扭力棒直径，G为系数。下图表示扭力棒转矩测量法的使用原理。

此种试验方法的优点是低惯量、高精度测量。此测力器（应变计）方式要求高灵敏度放大器，以便避免应变计的再调整，以应对转矩信号范围大的缘故。缺点是容易产生扭力振动等问题。