步進電機驅(qū)動負載可以按希望的速度起動,若驅(qū)動速度超過自身起動脈沖頻率時,此速度下則不能起動。因此,只有比電機起動脈沖頻率低的速度指令才能起動。采取加速的方法使速度線性增加到所希望的速度,此種方法稱為慢速加速驅(qū)動。下圖表示步進電機的加速與速度-轉(zhuǎn)矩特性。
步進電機的速度-轉(zhuǎn)矩特性有失步轉(zhuǎn)矩(同步失步轉(zhuǎn)矩)與牽入轉(zhuǎn)矩(同步牽入轉(zhuǎn)矩)?,F(xiàn)在,負載轉(zhuǎn)矩tl的負載要用頻率f2驅(qū)動時,則自身起動脈沖頻率應不大于頻率f2的數(shù)值。以十分低的頻率f1起動電機,然后加速達到頻率f2,此時負載還包括轉(zhuǎn)子慣量j,此為加速慣量,需要必要的慣量加速轉(zhuǎn)矩tα,因此這兩個轉(zhuǎn)矩(tl+tα)的合成轉(zhuǎn)矩成為起動到轉(zhuǎn)速頻率f2時所必須的轉(zhuǎn)矩。此時的加速轉(zhuǎn)矩為下面步進電機運動方式的第一項:
上式的d為速度比例系數(shù),第二項因此比其他項小而忽略不計。tm為步進電機產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩,(tm-tl)如圖上圖所示,能產(chǎn)生加速度的轉(zhuǎn)矩。速度到達f2后按設定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)一段時間,然后減速到f1,形成速度包絡線,此時的減速運轉(zhuǎn)稱為減速驅(qū)動,此種速度曲線稱為梯形驅(qū)動。該速度包絡線與其速度相對應的轉(zhuǎn)矩特性見下圖。
此梯形面積相當總步數(shù),電機軸在橫軸的時間內(nèi),轉(zhuǎn)過相當梯形面積的步距角,把負載拉到相應的位置上。設加速時間為ta,步距角為θs,則加速轉(zhuǎn)矩用下式表示:
步進電機的失步轉(zhuǎn)矩為該電機能產(chǎn)生的最大轉(zhuǎn)矩,由前文《步進電機:細分步進驅(qū)動》中的下式可知, 負載角δ=π/2時為產(chǎn)生失步轉(zhuǎn)矩的時刻,電機到達f2速度時,電機轉(zhuǎn)矩只加tl負載,在速度f2與tl平衡的功率角為δ,電機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩ta分量減少。
減速時如圖示,也產(chǎn)生反方向轉(zhuǎn)矩。此時,負載角δ變成負,產(chǎn)生反方向轉(zhuǎn)矩。加速時的加速脈沖頻率如下圖所示,各梯形面積s由加速時間來決定,即各個梯形面積s等于步距角。
下圖所示為兩相hb型1.8°步進電機由靜止時開始加速(slowup)的加速曲線。此為步進電機的梯形驅(qū)動曲線,電機能快速達到目標位置,而不會出現(xiàn)失步現(xiàn)象。