混合式步進驅(qū)動單元的高速運行性能
王宗培1，韓光鮮1，程 智2，任 雷2
(1．哈爾濱工業(yè)大學，黑龍江 哈爾濱 150001；2．珠海運控電機有限公司，廣東 珠海 519001)
摘要：討論了混合式步進電動機的結(jié)構(gòu)參數(shù)對高速運行性能的影響，包括轉(zhuǎn)子鐵心的單元數(shù)、繞組匝數(shù)及磁系統(tǒng)尺寸的優(yōu)化等。步進驅(qū)動單元的高速運行性能可以用****牽出功率作指標，它主要取決于電動機的綜合參數(shù)(k√l)，以及驅(qū)動器的電壓和電流。
關(guān)鍵詞：混合式步進電動機；結(jié)構(gòu)參數(shù)；高速運行性能；****牽出功率
中圖分類號：tm383.6 文獻標識碼{a 文章編號：1001-6848(2000)05-od03-04
l 引 言
混合式步進電動機，從結(jié)構(gòu)和原理上講，它就是l臺永磁感應(yīng)子式低速同步電動機，它的轉(zhuǎn)子齒數(shù)對應(yīng)于極對數(shù)，一般相當多。例如典型的轉(zhuǎn)子齒數(shù)z=50，就是1臺極對數(shù)p-z，=50的同步電動機，定子繞組通以頻率，一50hz的交變電流時，同步運行的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為：
作為步進電動機運行時，畝驅(qū)動器給電動機供電，它的功放部分實際上是1臺逆變器，由控制脈沖的頻率控制電動機繞組電流的頻率，從而改變電動機的轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如下：
對應(yīng)的控制脈沖頻率分別為0.4、4和8k脈沖／s。如果步距角改為θ=0.360，與同樣的轉(zhuǎn)速對應(yīng)的為f。=1、10。可見對于步進電動機，雖然轉(zhuǎn)速與控制脈沖頻率成正比，但僅僅jcp的還不能表明轉(zhuǎn)速的離低，實際上它與步距角的乘積才表明轉(zhuǎn)速的高低，如式(3)所示。
標準的混合式步進驅(qū)動單元，通常在每分鐘幾十到幾百轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)運行，每分鐘接近千轉(zhuǎn)或以上應(yīng)認為是高速運行的范圍了。很多應(yīng)用場合要求的轉(zhuǎn)速不高，數(shù)控線切割機床工作臺的控制就是一個實例，它要求步進電動機的轉(zhuǎn)速僅2r/s輸出的機械功率很小，通常很少提到它們的功率，只提到輸出轉(zhuǎn)矩的要求和啟動頻率等。
隨著近代技術(shù)的發(fā)展，為了提高勞動生產(chǎn)率，很多數(shù)控裝置要求步進電動機帶載高速運行，例如包裝機、印刷機、制袋機等。因此研究和開發(fā)高速運行性能好的混合式步進驅(qū)動單元成為當前重要的發(fā)展方向，備受制造者和用戶的關(guān)注。
高速運行性能的主要指標或基本指標，可以用****牽出功率或****可用功率來表示。本文研究電動機和驅(qū)動器的基本參數(shù)對高速運行性能的影響，用實例說明高速運行性能的若干基本概念，有利于正確設(shè)計和選用步進驅(qū)動單元。
2 基本關(guān)系
混合式步進電動機，當前大都采用電流波形控制的驅(qū)動器供電，在一定頻率范圍內(nèi)繞組電流波形與給定電流一致，保持基本不變的值，電動機的****輸出轉(zhuǎn)矩也能保持基本不變，****輸出功率則隨轉(zhuǎn)速升高而增大。到一定的頻率fk以后，電流失去控制，將隨轉(zhuǎn)速進一步升高而減小，相應(yīng)地****輸出轉(zhuǎn)矩也下降，要求1臺電動機高速性能提高歸結(jié)為臨界頻率fk的增大，相應(yīng)地****輸出功率也上升。詳細的分析和研究表明，這二項指標與電動機和驅(qū)動器的基本參數(shù)之間有如下關(guān)系[1]：
與fk相應(yīng)的轉(zhuǎn)子角速度：
****牽出功率：
****可用功率約為：
以上式子，主要是式(6)和(8)，清楚地表明，驅(qū)動單元的高速性能主要取決于驅(qū)動器的電壓(v)和電流(in)，以及電動機的旋轉(zhuǎn)電壓系數(shù)(k)、電感(l)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)(z)。對于一種電動機， |
