混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)對(duì)轉(zhuǎn)矩指標(biāo)的影響
韓光鮮1，王宗培1，程 智z
(1．哈爾濱工業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150001；2．珠海運(yùn)控電機(jī)有限公司，廣東 珠海 519001)
摘要：說(shuō)明了混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的進(jìn)步使其轉(zhuǎn)矩指標(biāo)顯著提高的原理，指出這類(lèi)電動(dòng)機(jī)具有高度飽和的特點(diǎn)，以及高度飽和引起的不足。根據(jù)近代驅(qū)動(dòng)技術(shù)的特點(diǎn)對(duì)電動(dòng)機(jī)重新進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)可以進(jìn)一步提高電動(dòng)機(jī)
的總體品質(zhì)。
關(guān)鍵詞：混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；驅(qū)動(dòng)技術(shù)；轉(zhuǎn)矩指標(biāo)
中圖分類(lèi)號(hào)：tm383.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a 文章編號(hào)：1001- 6848 (2000)06 - 0003 - 03
1 引 言
混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)獲得大的發(fā)展已有30年的歷史，大約在20年前就確定了它在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品中占主導(dǎo)的地位，成為高分辨率小功率定位系統(tǒng)中的重要執(zhí)行部件，迅速發(fā)展形成規(guī)模的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域，同時(shí)它的性能指標(biāo)也不斷提高�？傮w考寨混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能，保持轉(zhuǎn)矩的值可作為最基的性能參數(shù)和指標(biāo)。以應(yīng)用****泛的二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最有代表性的34機(jī)座電動(dòng)機(jī)為例，70年代代表產(chǎn)品的保持轉(zhuǎn)矩為0. 78n．m，至今其保持轉(zhuǎn)矩的****進(jìn)指標(biāo)已達(dá)3.1n．m（轉(zhuǎn)子為一片永磁體，一個(gè)單元的電機(jī)），為早期值的4倍。性能指標(biāo)提高的途徑中，高性能永磁材料的應(yīng)用及優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)起到明顯的作用自不待說(shuō)，驅(qū)動(dòng)技術(shù)改進(jìn)的作用也不容忽視。本文對(duì)驅(qū)動(dòng)技術(shù)改進(jìn)后對(duì)轉(zhuǎn)矩指標(biāo)的影響，以及這類(lèi)轉(zhuǎn)矩指標(biāo)達(dá)到極限利用電動(dòng)機(jī)的一些特點(diǎn)加以分析和討論。對(duì)于正確地認(rèn)識(shí)和運(yùn)用這類(lèi)電動(dòng)機(jī)以及今后的發(fā)展是很有利的。
2 單極性和雙極性驅(qū)動(dòng)
混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子繞組從作用原理上講，要求雙極性（正、反向）通電。但是早期的驅(qū)動(dòng)器，為了簡(jiǎn)化電路和降低成本，只提供單極性的電源，而在電動(dòng)機(jī)的一相磁極上（例如a相），設(shè)置正向繞制和反向繞制的2套繞組(a和c)，c繞組正向通電的作用，與a繞組反向通電一樣，電動(dòng)機(jī)的繞組出線(xiàn)如圖la所示。這樣做使得功率電路簡(jiǎn)化和便宜，但繞組空間的利用率降低，在同一時(shí)間只有一半繞組通電起作用，另一半繞組不通電不起作用。
隨著電子技術(shù)的進(jìn)步，電子器件價(jià)格大幅度下降，使得情況發(fā)生變化，提供雙極性驅(qū)動(dòng)的電路也不覺(jué)得復(fù)雜，成本也不會(huì)有明顯的提高。采用單極性驅(qū)動(dòng)使得電動(dòng)機(jī)有效空間利用率降低成為得不償失的事情。雖然至今很成熟的單極性驅(qū)動(dòng)器仍有應(yīng)用，但終究要為雙極性驅(qū)動(dòng)器所取代而逐步淘汰。在雙極性驅(qū)動(dòng)的情況下，就不需要將一相繞組分成二套，完全可以合在一起，正向通電或反向通電時(shí)都同時(shí)利用，串聯(lián)或并聯(lián)都可以。這樣在保持繞組銅損耗不變的條件下，繞組的安匝數(shù)可以增大，保持轉(zhuǎn)矩也會(huì)有相應(yīng)的增大。推導(dǎo)證明：若單極性供電時(shí)，一相繞組的電阻為r，匝數(shù)為n，電流為j，則一相繞組的銅損和安匝數(shù)為：
改為雙極性驅(qū)動(dòng)時(shí)，將二套繞組串聯(lián)，見(jiàn)圖1b，一相繞組的電阻為2r，匝數(shù)為2ⅳ，讓相電流為
時(shí)，可得相繞組的銅損和安匝數(shù)分別為：
上式清楚地表明，在保持繞組銅損不變的條件下，繞組的安匝數(shù)增大為原來(lái)的／蠆倍。由于保持轉(zhuǎn)矩與繞組安匝數(shù)之間的關(guān)系是非線(xiàn)性的，所以相應(yīng)地能增加多少要看具體電動(dòng)機(jī)保持轉(zhuǎn)矩特性的飽和程度而定，通常可能在百分之30左右。
圖2是1臺(tái)國(guó)外樣機(jī)實(shí)測(cè)的保持轉(zhuǎn)矩特性，從曲線(xiàn)可得，在單極性供電的情況下，對(duì)應(yīng)額定電流4. 3a得電動(dòng)機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩（指標(biāo)）為2. 1n．m；雙極性供電時(shí)，將繞組串聯(lián)，可得相應(yīng)的保持轉(zhuǎn)矩（指 |
