二相混合式步進電動機系統轉矩提升的實踐
王宗培 程 智（哈爾濱工業大學150001）
【摘 要】二相混合式步進電動機系統半步方式（1-2通電）運行時，一相通電狀態的轉矩大約只有二相通電時的0.7倍，使電動機的牽出特性降低，帶載能力下降，對運行的平穩性不利。文中提出了一種簡單實用的方法實現電流的提升，使得1-2通電方式運行時一相通電狀態的電流增大，讓一相通電狀態的轉矩與二相通電狀態相等或接近，提高了電動機的牽出特性，也能使電動機運行的平穩性得到改善。實踐表明，這種方法是可行的和有效的。
【敘 詞】步進電動機脈寬調制轉矩
1引 言
二相混合式步進電動機系統典型的通電
 的相繞組電流波形和相應的靜轉矩相量星形圖。可以清楚看出，由于半步方式是通過改變通電相數實現的，提高步進電動機的分辨率的同時，損失了轉矩的利用率。一相通電狀態時的轉矩（tl）明顯小于二相通電狀態時的轉矩(t2)。在理想情況下，即矩角特性為正弦波形，當其幅值與電流成線性關系時， 不同通電狀態時轉矩的不一致還會影響電動機運行的平穩性。
可見，二相電動機1-2通電方式運行時，如果在一相通電狀態，將繞組電流增大，例如增加到二相通電狀態時相電流，一相通電時的轉矩相應提高到：
與二相通電時的轉矩相等，即
可以清楚地看出，采取電流和轉矩提升的方法，可以使1-2通電方式中各種通電狀態的轉矩相一致，不降低電動機轉矩的利用率，使電動機的牽出特性、牽入特性改善，且使電動機運行的平穩性增加。
二相混合式步進電動機典型驅動系統的上述不足，早就為人們所熟知，改進的途徑也很容易想到。關鍵的問題是如何實現電流和轉矩的提升，才能既方便實用，又是經濟的。為此作者開發了具有這種提升功能的二相全h橋恒流驅動器，本文介紹實現轉矩提升功能的一種較簡單的方法，并對實例電動機進行了對比測試，給出運行性能提高的定量概念。
2電流提升的原理及實現
隨著恒頻脈寬調制技術的成熟，目前應用于二相混合式步進電動機驅動器的主要是利用恒頻脈寬調制進行恒相繞組電流的控制方式，主電路結構多為全h橋。由于控制對象是直接與轉矩相關的相繞組電流，因此，這一類型的驅動器有較好的運行特性和良好的穩定性，電源電壓的波劫、功率器件的管壓降、繞組電阻和電感以及環境溫度等的變化對運行性能的影響都不大，此外，由于是逐個脈沖進行比較控制的，功率器件有較高的安全可靠性。
在這種恒相流驅動方式的基礎上，實現電流提升的功能相當方便。實際上，只要改變參考電流波形，使參考電流幅值隨通電狀態不同而改變，關系相一致即可。
從圖2相電流波形知道，相電流的值有三種，即零、額定值及提升值，就是說任一種通電狀態下，參考電流幅值必定是三中選一，這可以通過一四選一的模擬開關實現。此外，由于是對二相繞組a、b分別進行控制，故采用雙四選一模擬開關來完成這一功能，其電路如圖3所示。
圖中電阻r1i和r2的比值決定了電流提升的比例(k)，事實上：
 模擬開關的選擇訊號應與通電邏輯關系配合一致，其關系如附表所示。若環分訊號是用eprom方式產生的，則應用eprom其他原先未用的口線產生選擇訊號。 |
