步進電動機同步矢量伺服系統(tǒng)
鄭松嶺 梁東杰(河南許昌汽車傳動軸總廠)
李海平 張衛(wèi)群
【摘要】針對步進電動機存在著低速振蕩、高速力矩小等缺陷，提出一種步進電動機同步矢量運轉(zhuǎn)方式，成功研制了步進電動機同步矢量伺服系統(tǒng)。文中對系統(tǒng)的設計理論、組成等作了介紹，并有應用實例。
【敘詞】步進電動機，同步，矢量控制，伺服系統(tǒng)，研制
引 言
各種電機(包括直線電機)，從磁場觀點去看，其運動均可視為定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場相互作用之結果，而且兩磁場間保持相對靜止，只是其作用角(兩磁場間夾角)不同而已。
直流電機：定子磁場為一固定磁場，轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場相互垂直，并保持空間相對位置不變。
異步電機：定子磁場為旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子中導體切割定子旋轉(zhuǎn)磁場，產(chǎn)生感應電流，并在轉(zhuǎn)子中形成感應磁場，該磁場跟隨定子磁場同步運行，兩磁場間夾角近似為90o。
同步電機：定子磁場為旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子電樞被直流激勵為一固定磁場，定子磁場與轉(zhuǎn)子磁場同步旋轉(zhuǎn)兩磁場夾角為0o。
步進電動機，無論是反應式或混合式，都不外乎是一個轉(zhuǎn)子無外加勵磁電流的同步電機。在定子磁場激勵后，轉(zhuǎn)子磁場與定子磁場同步運行，并在空間的位置保持相對靜止，即夾角為0o，也就是處于最小磁阻狀態(tài)。當轉(zhuǎn)子與定子的“同步角差”大于步距角的一半時’則發(fā)生“失步”現(xiàn)象。
步進電動機的定子磁場激勵方法，除了因電機繞組相數(shù)不同而異外，即使是同一電機，也有不同方式，于是便產(chǎn)生了許多驅(qū)動電路。但歸結起來，這些旨在使步進電動機按“步進”方式運行的常規(guī)線路，在步進電動機定子中所激勵的磁場都是“步進”的脈動旋轉(zhuǎn)磁場。它們在不同程度上使用步進電動機的運轉(zhuǎn)特性存在著低速振蕩、高速力矩小，共振、失步、分辨率低、功耗大等缺點，以致不能達到和滿足對步進電動機執(zhí)行伺服所提出的高精度和高速度的要求。
對步進電動機的這些缺點，提出了新的驅(qū)動概念一步進電動機同步矢量運轉(zhuǎn)方式，并研制成功了sv系列步進電動機同步矢量伺服系統(tǒng)。
1系統(tǒng)計算機理論依據(jù)
基于步進電動機在磁場作用原理上的上述特點，設想在步進電動機定子中產(chǎn)生一個具有恒模場強的均勻連續(xù)旋轉(zhuǎn)磁場，使步進電動機在該場的作用下同步平滑地運轉(zhuǎn)�，F(xiàn)以三相步進電動機為例，簡述其原理。
在步進電動機定子中要形成的均勻圓周旋轉(zhuǎn)磁場，如圖1所示。設p點為單位圓上的任意一點，矢量筇沿圓周均勻旋轉(zhuǎn)，模lopl等于常數(shù)；為此，要建立一個數(shù)學模型，使三相繞組中流過的勵磁電流，在任意轉(zhuǎn)角都產(chǎn)生一滿足上述要求的合成磁場矢量  由圖1可得如下方程
整理并解方程得
同理可得
當然，這些也可用電磁場的理論求得，結果相同。它們是一組相位差為120o的雙峰曲線函數(shù)，其波形如圖2所示。
從圖2可看出，當三相步進電動機工作于單三拍、雙三拍、三一六拍等任意一種步進運行方式時，其相電流值僅僅是電流波形上的特殊點，如圖2中的pl，p2,p3，p4……。它們在一個周期內(nèi)分別位于0o，60o，120o，180o，240o圓周角上，其幅值等于一個單位，即步進方式運行時，步進電機相電流的額定值。同時還可看出，相電流的每個周期，相當于步進電機步進方式運行時，三一六制的六步，或單三拍的三步。換言之，如bfll0型步進電動機。上述雙峰曲線每80個周期，可使它旋轉(zhuǎn)一圈。2 sv系列步進電機同步矢量伺服系統(tǒng)
sv系列步進電機同步矢量伺服系統(tǒng)是實現(xiàn)上述原理的典型線路之一，該系統(tǒng)由函數(shù)發(fā)生器、功率驅(qū)動器、電源及保護電路等部分組成 |
