二相混合式步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩提升的實(shí)踐
王宗培 程 智（哈爾濱工業(yè)大學(xué)150001）
【摘 要】二相混合式步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)半步方式（1-2通電）運(yùn)行時，一相通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩大約只有二相通電時的0.7倍，使電動機(jī)的牽出特性降低，帶載能力下降，對運(yùn)行的平穩(wěn)性不利。文中提出了一種簡單實(shí)用的方法實(shí)現(xiàn)電流的提升，使得1-2通電方式運(yùn)行時一相通電狀態(tài)的電流增大，讓一相通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩與二相通電狀態(tài)相等或接近，提高了電動機(jī)的牽出特性，也能使電動機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性得到改善。實(shí)踐表明，這種方法是可行的和有效的。
【敘 詞】步進(jìn)電動機(jī)脈寬調(diào)制轉(zhuǎn)矩
1引 言
二相混合式步進(jìn)電動機(jī)系統(tǒng)典型的通電
 相繞組電流波形和相應(yīng)的靜轉(zhuǎn)矩相量星形圖�？梢郧宄闯�，由于半步方式是通過改變通電相數(shù)實(shí)現(xiàn)的，提高步進(jìn)電動機(jī)的分辨率的同時，損失了轉(zhuǎn)矩的利用率。一相通電狀態(tài)時的轉(zhuǎn)矩（tl）明顯小于二相通電狀態(tài)時的轉(zhuǎn)矩(t2)。在理想情況下，即矩角特性為正弦波形，當(dāng)其幅值與電流成線性關(guān)系時， 不同通電狀態(tài)時轉(zhuǎn)矩的不一致還會影響電動機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性。
可見，二相電動機(jī)1-2通電方式運(yùn)行時，如果在一相通電狀態(tài)，將繞組電流增大，例如增加到二相通電狀態(tài)時相電流，一相通電時的轉(zhuǎn)矩相應(yīng)提高到：
與二相通電時的轉(zhuǎn)矩相等，即
可以清楚地看出，采取電流和轉(zhuǎn)矩提升的方法，可以使1-2通電方式中各種通電狀態(tài)的轉(zhuǎn)矩相一致，不降低電動機(jī)轉(zhuǎn)矩的利用率，使電動機(jī)的牽出特性、牽入特性改善，且使電動機(jī)運(yùn)行的平穩(wěn)性增加。
二相混合式步進(jìn)電動機(jī)典型驅(qū)動系統(tǒng)的上述不足，早就為人們所熟知，改進(jìn)的途徑也很容易想到。關(guān)鍵的問題是如何實(shí)現(xiàn)電流和轉(zhuǎn)矩的提升，才能既方便實(shí)用，又是經(jīng)濟(jì)的。為此作者開發(fā)了具有這種提升功能的二相全h橋恒流驅(qū)動器，本文介紹實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩提升功能的一種較簡單的方法，并對實(shí)例電動機(jī)進(jìn)行了對比測試，給出運(yùn)行性能提高的定量概念。
2電流提升的原理及實(shí)現(xiàn)
隨著恒頻脈寬調(diào)制技術(shù)的成熟，目前應(yīng)用于二相混合式步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動器的主要是利用恒頻脈寬調(diào)制進(jìn)行恒相繞組電流的控制方式，主電路結(jié)構(gòu)多為全h橋。由于控制對象是直接與轉(zhuǎn)矩相關(guān)的相繞組電流，因此，這一類型的驅(qū)動器有較好的運(yùn)行特性和良好的穩(wěn)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(huán)境溫度等的變化對運(yùn)行性能的影響都不大，此外，由于是逐個脈沖進(jìn)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(qū)動方式的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)電流提升的功能相當(dāng)方便。實(shí)際上，只要改變參考電流波形，使參考電流幅值隨通電狀態(tài)不同而改變，關(guān)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(tài)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(guān)實(shí)現(xiàn)。此外，由于是對二相繞組a、b分別進(jìn)行控制，故采用雙四選一模擬開關(guān)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(shí)上：
 模擬開關(guān)的選擇訊號應(yīng)與通電邏輯關(guān)系配合一致， |
