Θεμελιώδεις αρχές περί καμπύλης ταχύτητας-ροπής

Στο προηγούμενο κομμάτι δείξαμε ότι η ροπή των κινητήρων μεταβάλλεται αντιστρόφως με την ταχύτητα. Αυτή είναι λοιπών η φυσική καμπύλη ταχύτητας-ροπής της μηχανής. Κάτω από μια ορισμένη ταχύτητα, αποκαλούμενη ταχύτητα περιστροφής, το ρεύμα θα ανερχόταν επάνω από το επιτρεπόμενο ρεύμα αντοχής της μηχανής και τελικά θα έφτανε σε καταστρεπτικά επίπεδα καθώς η ταχύτητα της μηχανής θα μειωνόταν περαιτέρω.

Σχέδιο  1

Για να αποτραπεί αυτό, το κύκλωμα οδήγησης(οδηγός) πρέπει να ρυθμιστεί έτσι, ώστε να περιορίσει το ρεύμα του κινητήρα στην μέγιστη επιτρεπόμενη τιμή. Επειδή λοιπών και η ροπή είναι ανάλογη προς το ρεύμα, η ροπή του κινητήρα θα είναι σταθερή από την μηδενική ταχύτητα μέχρι την ταχύτητα περιστροφής. Επάνω από αυτήν την ταχύτητα περιστροφής, το ρεύμα του κινητήρα περιορίζεται από την επαγωγική άεργη αντίσταση της μηχανής.

Το αποτέλεσμα είναι τώρα μια διμερής καμπύλη ταχύτητα-ροπής που χαρακτηρίζει τη σταθερή ροπή από μία ταχύτητα έως ότου κόβει τη φυσική γραμμή φορτίων της μηχανής, αποκαλούμενη ταχύτητα γωνιών, πέρα από την οποία η μηχανή είναι στην περιοχή σταθερής δύναμης.

Σχέδιο 2

Ένας πραγματικός βηματικός κινητήρας έχει απώλειες που τροποποιούν την ιδανική καμπύλη ταχύτητα-ροπής. Η σημαντικότερη επίδραση είναι η συμβολή της ροπής ανάσχεσης κινητήρα (detent torque). Η ροπή ανάσχεσης κινητήρα διευκρινίζεται συνήθως στο φύλλο δεδομένων του κινητήρα. Υπάρχει πάντα μια απώλεια όταν γυρίζει η μηχανή. Και η ενέργεια που καταναλώνεται για να υπερνικήσει αυτή την απώλεια είναι ανάλογη προς την ταχύτητα. Με άλλα λόγια, όσο γρηγορότερα γυρίζει η μηχανή τόσο μεγαλύτερη η ροπή ανάσχεσης του κινητήρα, η οποία συμβάλλει στην απώλεια δύναμης στον άξονα παραγωγής της μηχανής. Αυτή η απώλεια δύναμης είναι ανάλογη προς την ταχύτητα και πρέπει να αφαιρεθεί από την ιδανική, Η επίπεδη καμπύλη παραγωγής δύναμης μειον την απώλεια λόγω της γωνιακής ταχύτητας. Αυτό αποτελεί τώρα μια πρακτική καμπύλη ταχύτητας-ροπής.

Σχέδιο 3

Παρατηρήστε πώς η παραγομένη δύναμη μειώνεται με την ταχύτητα λόγω της σταθερής απώλειας ροπής εξαιτίας της ροπής ανάσχεσης του κινητήρα καθώς και άλλων απωλειών. Η ίδια επίδραση προκαλεί μια μικρή μείωση στη ροπή με την ταχύτητα στην περιοχή της σταθερής ροπής. Τέλος, υπάρχει μια στρογγυλοποίηση της καμπύλης ροπής στην αρχή της κίνησης λόγω της μετάβασης του οδηγού(κύκλωμα οδήγησης) βαθμιαία από πηγή ρεύματος σε πηγή τάσης. Ο οδηγός περιορίζει το ρεύμα στη μηχανή κάτω από την ταχύτητα περιστροφής και είναι έτσι μια πηγή ρεύματος. Επάνω από την ταχύτητα περιστροφής, το επαγωγικό ρεύμα περιορίζεται από την άεργη αντίσταση της μηχανής και ο οδηγός σμπεριφέρετε σαν μια πηγή τάσης, δεδομένου ότι εφαρμόζει όλη την τάση παροχής στη μηχανή.