В чем разница между фиксирующим и удерживающим моментом?

Одна из особенностей шаговых двигателей, что отличает их от других типов, в частности серводвигателей - то, что они имеют удерживающий момент. Это означает, что, когда обмотки находятся под напряжением, а ротор в неподвижном состоянии, двигатель может удерживать нагрузку. Но шаговый двигатель может также удерживать нагрузку, когда нет тока, подаваемого на обмотки (например, в состоянии отключения питания). Это свойство известно как фиксирующий или остаточный момент.

Фиксирующий момент

Иначе говоря, фиксирующий момент формируется как сумма фиксирующих моментов, производимых двигателем, когда обмотки не под напряжением. Эффект фиксирующего момента может ощущаться при прокручивании вала двигателя вручную, в виде пульсаций вращающего момента или легких зацепок.

Из трех типов шаговых двигателей – с переменным магнитным сопротивлением, с постоянным магнитом и гибридных, только двигатели с переменным магнитным сопротивлением не проявляют фиксирующего момента. Это происходит из-за разницы в конструкции двигателей с переменным магнитным сопротивлением с постоянными магнитами и гибридных. Шаговые двигатели с постоянными магнитами и гибридные используют ротор с постоянными магнитами, который притягивается к полюсам статора даже тогда, когда нет питания на обмотках статора. В то же время, двигатели с переменным магнитным сопротивлением, используют пассивный (не намагниченный) ротор, изготовленный из магнитомягкого сплава. Таким образом, нет никакого притяжения между ротором и статором, когда обмотки статора не под напряжением. Гибридные шаговые двигатели, имеющие зубцы на поверхности ротора, способны лучше управлять магнитным потоком между статором и ротором, что придает им более высокие значения характеристик удержания, движения и фиксирующего момента, чем у шаговых двигателей с постоянными магнитами.

Зубцы по периметру гибридного шагового двигателя с ротором из постоянного магнита дают более высокие значения характеристик удержания, движения, и фиксирующего момента, чем другие типы шаговых двигателей.

Поскольку фиксирующий момент должен быть преодолен для того, чтобы мотор двигался, идеальный крутящий момент работающего двигателя уменьшается. Преодоление фиксирующего момента требует большей мощности двигателя. При этом величина необходимой дополнительной мощности пропорциональна скорости. Таким образом, чем быстрее вращается двигатель, тем большее влияние фиксирующий момент будет оказывать на фактический крутящий момент двигателя.

Фиксирующий момент снижает как идеальную мощность, так и крутящий момент, который идеальный двигатель может производить, с возрастанием этого эффекта по мере увеличения скорости.

С другой стороны, фиксирующий момент может быть полезным при остановке двигателя. Импульсу движущегося ротора противостоит фиксирующий момент и трение вращающихся компонентов. Таким образом, высокий фиксирующий момент способствует более быстрой остановке двигателя. Величина фиксирующего момента, как правило, находится в пределах 5 - 20% от величины удерживающего момента.

Удерживающий момент

Удерживающим моментом шагового двигателя является величина крутящего момента, необходимого для того, чтобы переместить двигатель на один полный шаг, когда обмотки под напряжением, а ротор находится в неподвижном состоянии. Удерживающий момент является одним из основных преимуществ, которые предлагают шаговые двигатели по сравнению с серводвигателями, и делает шаговые двигатели хорошим выбором для тех случаев, когда необходимо удерживать вал на месте при воздействии нагрузки.

Шаговый мотор может удерживать внешнее воздействие, когда двигатель находится в неподвижном состоянии.

Удерживающий момент, как правило, выше, чем крутящий момент, и ограничивается главным образом максимальным током, который двигатель может выдержать. С практической точки зрения, удерживающий момент является суммой магнитной силы, действующей со стороны катушки и удерживающей текущее положение двигателя, плюс фиксирующий момент. После начала движения крутящий момент на низких скоростях уравнивает удерживающий момент минус удвоенный фиксирующий момент (так как двигатель должен работать против фиксирующего момента).