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2023.10.11
【第6集】② 无刷电机的S-T特性和I-T特性、规格变更和特性变化
为了加深大家对上一篇中提到的无刷电机的三种状态变化的了解,本文将介绍S-T特性和I-T特性。 第6集目录 无刷电机的输出特性:转矩和转速 无刷电机的输出特性:电机的实际驱动状态 无刷电机的S-T特性和I-T特性 无刷电机的规格变更和特性变化 无刷电机的S-T特性和I-T特性电机的S-T特性可用横轴为电机转速、纵轴为转矩的曲线图来表示。I-T特性可用横轴为电机的绕组电流或电源电流、纵轴为转矩的曲线图来表示。这些曲线图也可以将横轴和纵轴交换显示。这些是用来了解电机特性的具有代表性的曲线图。 ■S-T特性与电机状态 下图表示电机的S-T特性。如前所述,这是一张横轴表示电机转速、纵轴表示电机转矩的曲线图。该图中给出了上一篇中提到的三种电机状态在S-T特性图中所对应的位置。 ![]() S-T特性曲线因电机而异,也会随着施加电压的变化而变化。该图中列出了某电机的占空比(Duty)为100%、50%和25%时的特性。 “空载状态”对应转矩为零时的区域。此时的转速称为“空载转速”。空载转速大致与施加电压成正比变化(沿曲线图的横轴变化)。 “堵转状态”是转速为零的状态。此时的转矩是电机开始转动时的转矩,从这个意义上讲,称为“启动转矩”。该转矩也与施加电压成正比(沿曲线图的纵轴变化)。 “负载状态”是有负载转矩、且电机旋转的状态,对应上图中的三角形区域。 只要没有外力干扰,电机就会在这个范围内运行。顺便提一下,如果电机受外力影响而过度旋转,就会处于发电状态(再生状态)。另外,当电机反向旋转时,可能会产生比启动转矩更大的转矩。 ■无刷电机的I-T特性 I-T特性可用横轴为电机的绕组电流或电源电流、纵轴为转矩的曲线图来表示。该图中特性曲线的斜率因电机而异。另外,当改变占空比时,绕组电流的特性曲线斜率不会变,但电源电流的斜率会发生变化。因此,在确认I-T特性时,需要知道电流曲线是什么电流的,这一点很重要。 ■从S-T特性和I-T特性曲线图中可以获取的信息 从这两张特性曲线图中,可以判断电机是否可以在其使用条件下正常运行。例如,需要判断要在某个设备中使用的电机是否合适时,如果电机运行时所需的转速和转矩都在S-T特性图中三角形的范围内,则可以判断该电机规格可用,如果超出范围则可以判断该电机无法使用。 在超出范围的情况下,需要变更电源电压和电机的绕组规格。但是,这些变更也会对电机驱动器带来影响。电源电压的变更涉及到IC的耐压能力。另外,绕组规格的变更会改变I-T特性,而且会涉及到IC的驱动电流。因此,需要了解电机特性的变化对电机驱动器IC的影响。 无刷电机的规格变更和特性变化可以通过变更电源电压和电机的绕组规格来改变电机特性。然而,如前所述,这些变更也与电机驱动器的规格有关。在设计电机驱动电路时,事先了解电机规格变更带来特性变化的原则是非常重要的。 电机的特性会受电机尺寸等因素影响而变化。即使尺寸相同,电机特性也会因绕组规格(绕组直径、匝数)和永磁体的磁力而异。通过S-T特性和I-T特性曲线图可以了解这些因素变更时的变化示例。这里给出的示例都具有提高电机效率的效果。但也是同时会导致成本上升的变更方案。另外,还可以采用不同的项目变更相结合的变更方式。
本文的关键要点 ・电机的S-T特性图是横轴为电机转速、纵轴为转矩的曲线图。 ・电机的I-T特性图是横轴为电机电流、纵轴为转矩的曲线图。 ・通过这些特性图,可以判断相应的电机是否能够在特定的使用条件下使用。 ・通过改变电源电压和电机的绕组规格,可以改变电机的特性。 ・在设计电机驱动电路时,需要事先了解电机的规格变更带来的电机特性变化原则,这一点很重要。
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