Ηλεκτρικά χαρακτηριστικά των βηματικών κινητήρων

Ο βηματίκος κινητήρας  είναι ένας σταθερός μετατροπέας παραγωγής δύναμης, όπου η δύναμη ορίζεται ως το γινόμενο της ροπής με την ταχύτητα. Αυτό σημαίνει ότι η ροπή των μηχανών είναι αντίστροφη της ταχύτητας. Για να βοηθήσουμε να καταλάβουμε γιατί η δύναμη ενός βηματίκου κινητήρα  είναι ανεξάρτητη από την ταχύτητα, πρέπει να κατασκευάσουμε (μεταφορικά) έναν ιδανικό βηματικό κινητήρα.

Ένας ιδανικός βηματίκος κινητήρας  θα είχε μη μηχανική τριβή, η ροπή του θα ήταν ανάλογη προς τις αμπέρ-στροφές και το μόνο ηλεκτρικό χαρακτηριστικό του θα ήταν η αυτεπαγωγή. Οι αμπέρ-στροφές απλά σημαίνουν ότι η ροπή είναι ανάλογη προς τον αριθμό στροφών του καλωδίου στο στάτη της μηχανής πολλαπλασιαζόμενο με το ρεύμα που περνά μέσω εκείνων των στροφών του καλωδίου.

 

. Οποτεδήποτε υπάρχουν στροφές ενός καλωδίου γύρο από ένα μαγνητικό υλικό όπως ο σίδηρος στο στάτη της μηχανής, τότε αποκτάει μια ηλεκτρική ιδιότητα, την αυτεπαγωγή. Η αυτεπαγωγή περιγράφει την ενέργεια που αποθηκεύεται σε ένα μαγνητικό πεδίο όταν περάσει ρεύμα μέσω μιας σπείρας αυτού του καλωδίου.
Η αυτεπαγωγή (L) έχει μια ιδιότητα που ονομάζετε επαγωγική άεργη αντίσταση, η οποία για τους σκοπούς αυτής της συζήτησης μπορεί να θεωρηθεί ως αντίσταση ανάλογη προς τη συχνότητα και επομένως της ταχύτητας του κινητήρα.
Σύμφωνα με το νόμο του Ohm, το ρεύμα είναι ίσο με την τάση που διαρρέει μια αντίσταση προς την αντίσταση αυτή. Σε αυτήν την περίπτωση αντικαθιστούμε την επαγωγική άεργη αντίσταση με την αντίσταση στο νόμο του Ohm και καταλήγουμε πως το ρεύμα των κινητήρων  είναι αντίστροφο της ταχύτητας τους.
Δεδομένου ότι η ροπή είναι ανάλογη προς τις αμπέρ-στροφές (ρεύμα επί των αριθμό στροφών του καλωδίου στο τύλιγμα), και το ρεύμα είναι αντίστροφο της ταχύτητας, η ροπή πρέπει επίσης να είναι αντίστροφη της ταχύτητας.

 

Σε έναν ιδανικό βηματίκο κινητήρα  , όσο η ταχύτητα προσεγγίζει το μηδέν τόσο η ροπή θα προσέγγιζε το άπειρο ενώ με άπειρη ταχύτητα η ροπή θα ήταν μηδέν. Επειδή το ρεύμα είναι ανάλογο προς τη ροπή, το ρεύμα θα ήταν επίσης άπειρο σε μηδενική ταχύτητα.

Ηλεκτρικά, μια πραγματική μηχανή διαφέρει από ένα ιδανικό κινητήρα καταρχήν από την ύπαρξη μιας διάφορης του μηδενός αντίστασης τυλίγματος. Επίσης ο σίδηρος στη μηχανή υπόκειται στο μαγνητικό κορεσμό, καθώς επίσης και απώλεια ρεύματος στον  στροβιλισμό και λόγω υστέρησης. Ο μαγνητικός κορεσμός θέτει ένα όριο στο ρεύμα και στην αναλογικότητα της ροπής ενώ ο στροβιλισμός και η υστέρηση (απώλειες σιδήρου) μαζί με την αντίσταση του τυλίγματος (απώλειες χαλκού) προκαλούν έκλυση θερμότητας.