PM型永磁步进电机转矩的产生及负载角

步进电机可视为多极同步电机。同步电机的定子产生的磁场吸引转子磁极,使转子磁场与定子磁场同步旋转。如施加负载,转子磁场与定子磁场将保持某角度偏差,使转子上产生与负载平衡的电磁转矩,此偏差角度称为功率角。

如下图所示,定子位于气隙外侧,转子位于气隙内侧,定子与转子皆为永久磁铁。外侧的定子以心速度逆时针旋转,代表旋转磁场。此时,如施加负载转矩TL,只使转子磁极轴线与定子磁极轴线偏差功率角心δ,转子仍与定子磁场以同步转速n0旋转。

PM型永磁步进电机极对数为1的情况

因为转子产生的输出转矩T1与负载角成正弦关系变化,最大转矩为Tm1,则表达式为:

T1=Tm1sinδ

故负载转矩TL与δ平衡。下图的纵轴表示转矩T1,横轴表示负载角,δ=π/2位移角时,产生最大电磁转矩。当负载转矩大于最大电磁转矩时,δ>π/2,定子磁场将无法带着转子以同步速度旋转,此现象称为失步现象。实际步进电机的定子不是如前图所示的永久磁铁旋转,所谓两相电机,是指空间相差π/2的两个线圈,通过相差π/2相位差的交流电流后,产生旋转磁场。

PM型永磁步进电机的转矩与功率角的关系曲线

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