下面介紹速度-動態(tài)轉(zhuǎn)矩(dynamic torque)特性的測量法。步進電機的動態(tài)轉(zhuǎn)矩有最大失步轉(zhuǎn)矩與起動轉(zhuǎn)矩。這兩種轉(zhuǎn)矩隨驅(qū)動頻率的增加而下降,原因是由于線圈的電抗增加,電流減少造成的。在低速運行時,其運行在振動帶區(qū)域,轉(zhuǎn)矩會突然下降,此為轉(zhuǎn)子的自然振動頻率與驅(qū)動頻率共振產(chǎn)生的現(xiàn)象;或者,在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動方向突然發(fā)生改變瞬間,同時接收到驅(qū)動指令脈沖,也會產(chǎn)生此現(xiàn)象。這些現(xiàn)象均需要正確測量電磁轉(zhuǎn)矩。本節(jié)介紹3種測量轉(zhuǎn)矩的方法及其測量原理。
滑輪平衡法
此測定電機轉(zhuǎn)矩的方法與普羅尼制動(prony brake)原理相同?;営镁€繞幾圈,線一端掛彈簧秤,滑輪與線之間產(chǎn)生滑動摩擦測量轉(zhuǎn)矩。下左圖表示滑輪平衡法。
根據(jù)左圖,轉(zhuǎn)矩t變成下式:
t=(f-f)(r+a)=fr+fa-fr-fa
上式中,f為線的張力,f為彈簧力,a為線的半徑,r為滑輪的半徑。
測量時,如f/f=0.01,a/r=0.01,則上式變成如下:
t=fr(1-10-4)≈fr
即式中的f、a被忽略。
此種方式的動態(tài)轉(zhuǎn)矩計,釆用營原研究所的掛線(普羅尼制動)方式,電腦畫面會顯示轉(zhuǎn)矩曲線。其掛線的形式如上右圖所示。
磁滯制動法
因磁滯制動由低速到高速有穩(wěn)定的制動力關(guān)系,轉(zhuǎn)矩計使用很多,其原理為磁場中的磁滯力將對運行中的被測電機施加制動力制動。此時,反作用轉(zhuǎn)矩會作用到磁滯轉(zhuǎn)子的定子上,此時用測力器(load cell)測出。
制動力用產(chǎn)生磁場的線圈電流能任意設(shè)定。但磁滯轉(zhuǎn)子的慣量大是其缺點,輸出轉(zhuǎn)矩為100mn•m以下的小型步進電機普遍采用此方法。
扭力棒轉(zhuǎn)矩測量法
利用棒的扭力角與轉(zhuǎn)矩成比例的方法。扭力棒用2組刻度圓盤夾住,轉(zhuǎn)矩加在棒上時,產(chǎn)生的扭力角度θ,用光學(xué)方法測量,再由下式計算轉(zhuǎn)矩t:
θ=32lt/(πg(shù)d4)
式中,d為扭力棒直徑,g為系數(shù)。下圖表示扭力棒轉(zhuǎn)矩測量法的使用原理。
此種試驗方法的優(yōu)點是低慣量、高精度測量。此測力器(應(yīng)變計)方式要求高靈敏度放大器,以便避免應(yīng)變計的再調(diào)整,以應(yīng)對轉(zhuǎn)矩信號范圍大的緣故。缺點是容易產(chǎn)生扭力振動等問題。