步進電動機細分電波形的選擇
王 英 陸永平 （哈爾濱工業大學）
1引言
步進電動機采用細分驅動能提高分辯率，減少力矩波動，解決步進電動機的低頻共振。如何選取細分電流，使步進電動機的微步距角更均勻，一直是細分技術所要解決的主要問題。本文從獲得圓型旋轉磁場來確定細分電流，找出較佳的細分方案，得到了滿意的細分效果。
2對細分電流的基本要求
對于打m相步進電動機，各相繞組之間是空間對稱的，當通以m相對稱電流時，就會產生旋轉磁勢和磁場，其中主要是基波旋轉磁勢和磁場。理想的磁場應當是一個圓型旋轉磁場，由于步進電動機的空間諧波分量較豐富，要想獲得一個接近圓型的旋轉磁場，各相電流應為對稱的正弦波，即：
對非正弦的電流波形，就應盡量消除電流中的高次諧波分量。因此，對細分電流波形的基本要求是：
a．m相步進電動機的相電流的相互相角差應是2π/m電角度。
b．相電流中基波分量要大，高次諧波分量要少。
第一條是產生旋轉磁勢的必要條件。對于第二條，相電流中的基波分量大，電機轉矩大；高次諧波分量少，步距細分均勻度高[1,2]。
3細分方法與幾種電流波形的比校
對m相步進電動機，一個步距為2π/m電角度。若把一個步距變為n個微步，可把電流波形在2π/m電角度內做n次等距細分，取各相細分點電流來驅動步進電動機，從而實現一個步距的n次細分。
不同的細分電流波形，會有不同的細分效果。在電流的高次諧波分量中，其主要成分是2次與3次諧波。為觀察高次諧波對步距細分均勻度的影響，選取幾種含有不同諧波成分的電流波形加以比較。
設一周期函數如圖1所示，在（o，π）區間此函數的表達式為：
為分析波形所含諧波成分，用富氏級數把此周期函數展開，則：
對圖1，只要確定x1、x2的值，就可得到不同的波形，且由式(5)可知波形所含的諧波附。附表列出了3種波形的x1與x2的取值與所含主要的諧波。
從附表可以看到波形a有較大的2次諧波，2次諧波的幅值為基波幅值的百分之25。波形b有較大的3次諧波，3次諧波的幅值為基波幅值的百分之22.2，波形c的2、3次諧波都為零，且基波分量較大。
若以波形a、b、c作為細分電流波形，從獲得較佳的細分效果的基本要求來看，波形a.b都不滿足基本要求，因為波形a、b中含有較大的2次或3次諧波，2，3次諧波的存在將會使步進電動機的步距細分均勻度較差。波形c滿足基本要求，它的高次諧波分量少，特別是不含有2、3次諧波。因此，它的細分效果較好，且步距細分均勻度與正弦波的步距細分均勻度相似。
4試驗結果
用bf159075-c塑三相反應式步進電
動機做細分驅動試驗。細分電流由微機，d/a轉換器經驅動線路實現[3]。圖2是對應于表1的細分電流波形與正弦細分電流波形，把電流波形在120度（電角度）內作32等距細分，取細分點電流輸出，從而實現一個步距的32細分。
微步距的測試裝置采用一個電磁傳感器，線圈固定在步進電動機的軸上，步進電動機微步運動時，線圈切割恒定磁場，感應出電壓信號，用記憶示波器記出，由此信號可觀察出步進電動機的微步運行狀態。
圖3a、b、c、d是對應于圖2a、b、c、d4種細分電流波形測得的試驗曲線。這些曲線是在空載、低速時測得的。曲線中的每一個小脈沖代表一個微步。當步進電動機每一微步的角位移相同時，各小脈沖 |
