如何理解无刷电机的S-T特性和I-T特性？

时间： 2023-11-30 来源：ROHM 论坛

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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。

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。

至此我们已经了解了诸如电机的转矩和转速、驱动状态、S-T特性和I-T特性、规格变更和特性变化等电机输出特性。这些都是要想很好地控制电机所需的基础知识，结合文中给出的公式和曲线图应该比较容易理解，希望大家扎扎实实地掌握好。在下一篇中，我们会进一步了解电机的输出转矩。

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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ROHM（罗姆）电机/执行机构驱动器选型指南（英文）

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选型指南 - ROHM - Edition 2022 - 2022/8/3 PDF 英文下载