步进电机静态转矩特性及步进角精度
引言
评估步进电机的特性需要采取适当的测量方法。本节主要介绍步进电机的静态转矩特性和步进角精度。
静态转矩特性
静态转矩特性是指步进电机转子在静止状态（平衡状态）下的特性，与时间无关。它也称为角度-静态特性或刚度特性，描述的是在步进电机定子直流激磁状态下，负载转矩与转子位移角度之间的关系。
此转矩呈正弦变化，最大转矩为：
T = Tmax sin(θ)
其中， θ、θ、θ 为机械角度， θ 为产生 T 的角度。
对于两相 PM 型或两相 HB 型步进电机，其步距角一致。根据上述公式和[步进电机的基本特性：静态、动态、暂态转矩特性](一文中给出的公式：
θ = (2θ/π) arcsin(T/T)
可以得出，负载转矩 T 决定了位移角 θ 的大小。由于步进电机的负载决定了角位置，因此对于给定的负载转矩 T，θ 越小，角度精度越高。因此，希望步进电机的最大静态转矩（保持转矩）T 越大越好。
通过连续测量 T 与 θ，可以得到静态转矩特性曲线。
步进电机的静态转矩特性
步进电机的静态转矩特性可以通过以下方式进行测量：
- 转矩表法：将步进电机固定，使用转矩表测量转矩并读取角度测量仪读数，根据角度和转矩绘制距离角特性曲线。
- 滑轮重量法：使用滑轮和重物代替转矩表，通过改变重物 W 的重量和使用电位计或编码器测量角度，也能得到与转矩表相同的转矩曲线。
- 应力计和编码器：前述两种方法需要人工读取转矩值，测量过程耗时且无法自动得出转矩曲线。相对而言，应变计式转矩计和光学式两轴编码器直接与步进电机连接，利用转矩计、编码器和记录仪，可以连续测量静态转矩特性。
为了使电机旋转，需要使用减速器降低电机转速。齿轮啮合引起的重量变化量很小，因此需要加上比转子惯量大十几倍的飞轮。在齿轮的负载方向要加上重量，以便使齿隙最小。
定位（齿槽）转矩特性
对于使用永久磁铁的步进电机转子，即使定子线圈没有通电流时，转子旋转也会产生转矩。此时，永久磁铁产生的转矩称为齿槽转矩或定位转矩。
此转矩可以通过感应计和编码器方法测量，但齿槽转矩只有静态转矩的 10%，因此需要改变转矩计的测量范围。为了得到准确的测量数据，步进电机、编码器、转矩传感器的同轴度要好，可以使用可拆卸的连轴器，但要注意避免产生摩擦转矩。
结论
步进电机的静态转矩特性是评估其性能的关键指标。通过测量和分析这些特性，可以优化步进电机的设计和运行，以满足特定的应用需求。
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