步进电机系列 步进电机，又称为脉冲电机，是一种将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的电动机。其独特的工作原理和广泛的应用领域，使得步进电机在现代工业控制系统中占据了重要的地位。为了提高步进电机的运行性能，还采用了加减速控制、细分驱动控制等先进技术。 查看更多
特殊步进电机系列 特殊步进电机，作为步进电机的一种，同样具备将电脉冲信号转换为相应角位移或线位移的能力。不过，它们在某些方面可能具有更加独特或专门的设计，以适应特定的应用需求。它们可能通过改进结构、材料、控制算法或集成其他先进技术来实现更高的性能、精度、可靠性或特定的功能。 查看更多
驱动器系列 驱动器，在步进电机应用中特指步进电机驱动器，是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构，它通过接收来自控制系统（如PLC、计算机等）的脉冲信号，并将其转化为步进电机所需的电能和控制信号，从而实现对步进电机的精确控制。 查看更多
电机输出力矩和转速的关系
最近在知乎回答了这样一个问题：为什么电机转速慢拉力大？
这是一个非常符合直觉的问题。我们知道输出功率等于转矩和角速度的乘积：
而电机的输入功率是有上限的:
所以直觉上，转速和转矩是一个取舍的关系，这应该没什么问题。
但是这个问题要解释清楚，还是要回归本质，也就是电机的驱动力从何而来。
电机的驱动力从原理上来看可以归纳为两种：
第一种是：转子线圈在磁场中受到的力（洛伦兹力），比如传统直流电机，交流异步电机。
第二种是：转子磁场受到定子磁场的电磁力作用，比如交流(永磁）同步电机、步进电机、无刷直流电机等。
（I）对于第一类电机。转子线圈导线在磁场中受到的洛伦兹力大小为：
即线圈受到的力矩大小主要跟电流和磁感应强度成正比，通过增大电机转子线圈的电流大小、增加磁场的强度都能提高电机的转矩。
（1）以传统直流电机为例。
对于他励/并励直流电机，由于施加在励磁线圈上的电压始终是恒定的，所以励磁电流与电机转速和负载无关。
因此，定子磁场的磁感应强度B不变，这种情况下的力矩也就只跟转子线圈（电枢）电流相关了。
转子线圈在转动时切割磁感线会产生反电动势Ea，方向跟线圈的电压方向相反，会相互抵消，那么线圈中电流
（5）
可以发现，线圈转动越快，感应电动势Ea越大，那么线圈中的电流Ia就越小。也可以理解为转得越快，切割磁感线产生的相反方向的感生电流越大，与原本电流相互抵消，从而使得总电流越小。反过来，线圈转动越慢，电流就越大。
所以对于他励/并励直流电机，当转速变慢时，转子线圈电流一般会线性增大，磁场不变，根据公式（3），电机的力矩就会线性增大。
对于串励直流电机，励磁电流和转子线圈电流相等，转子线圈转动同样会产生反电动势Ea。
（6）
因此，当串励直流电机的转速减小时，反电动势Ea减小，励磁电流和转子线圈电流同时会增大，励磁磁场增强。根据公式（3），I和B同时增大，电机的力矩会迅速增大。这种特性使得串励直流电机十分适合起重机等大启动功率的场景。
（2）交流异步电机转子是短路线圈，定子通交流电（比如三相电）产生旋磁场，转子线圈产生感应电流，在定子磁场中受到洛伦兹力而产生力矩。这种情况下，产生力矩的关键就在于“异步”，也就是转子线圈的旋转速度必须比磁场旋转的速度要低。否则如果速度相同，也就是同步的情况下，转子线圈的磁通量就不变了，也就不会有感应电流产生了。
在这种情况下，定子磁场的平均强度是不变的，力矩的大小取决于转子线圈的感应电流，根据法拉第电磁感应定律，线圈中感应电动势
转子线圈转速越慢，相对于磁场转速就越快，穿过线圈的磁通量变化就越快，转子线圈产生的感应电流就越大，从而产生的力矩就越大。
因此增大交流异步电机的负载，电机的转子转速会降低，通过增大感应电流来平衡负载的力矩。
（II)对于第二类电机。转子磁场受到定子磁场的电磁力作用而产生驱动力，这类电机往往都是定子线圈产生一个旋转磁场，转子一般是永磁体或软磁体，转子受到的力矩来源于磁场对永磁体的作用力（永磁转矩），例如永磁同步电机、PM步进电机、混合步进电机；或者磁场的磁阻最小化趋势（磁阻转矩），例如可变磁阻式步进电机、开关磁阻电机。
以上这些电机其实都可以归类为同步电机，也就是电机的转速跟电源频率相同，并不随负载变化而变化。这一类电机的转速不变却可以输出变化的力矩，而力矩大小取决于负载角δ的大小。负载角就是运动中旋转磁场轴线和转子磁场轴线的夹角，力矩大小跟负载角是正弦函数的关系。
那么回到问题本身，同一台上述同步电机，在匀速转动时总是满足合力矩等于零，也就是说负载力矩等于驱动力矩，而驱动力矩本身由励磁线圈中的电流大小来决定。在转速增大的过程中，产生的反电动势增加，从而削弱的励磁电流，降低了驱动转矩。这个过程其实也可以这么理解，我们将驱动转矩分解为始终不变的初始驱动转矩J0以及由反电动势产生的与初始转矩方向始终相反的感生力矩J(感应），那么就有
而J(感应）是随转速增大而增大的，所以负载转矩自然会随着转速（驱动电流频率）增大而降低。
以上是理论分析，实际上由于这些同步电机大都通过驱动器驱动，电源电流电压和真正施加在电机线圈上的电流电压还不一样，所以表现出来的矩频特性又各有不同。
以永磁同步电机、直流无刷电机、开关磁阻式电机等类型为例。由于驱动器的介入，在低速段电压有一定的余量可以对冲感应电动势，所以励磁电流并不会随转速变动，从而存在“恒转矩区”；而在高速段，驱动器的电压余量已经用完，反电动势继续增大造成励磁线圈电流降低，降低了输入转矩，从而进入“恒功率区”，参考图2。
对于步进电机而言，由于需要考虑开环控制的精确性，保障电机不丢步，因此其矩频曲线考虑可靠的工作余量，在这个背景下，步进电机的输出力矩会随转速增大而呈现逐渐降低的趋势，参考图3。
经过以上的分析，我们可以发现，虽然各类电机的驱动力各有不同，驱动原理各异，但是都在反电动势的影响下，导致转速和输出力矩呈现负相关的规律。
对于电机的输出力矩和转速的关系，各位看官老爷有哪些理解呢？快来评论区交流吧！
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