混合式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)單元的高速運(yùn)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(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：討論了混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)高速運(yùn)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(jìn)驅(qū)動(dòng)單元的高速運(yùn)行性能可以用****牽出功率作指標(biāo)，它主要取決于電動(dòng)機(jī)的綜合參數(shù)(k√l)，以及驅(qū)動(dòng)器的電壓和電流。
關(guān)鍵詞：混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)；結(jié)構(gòu)參數(shù)；高速運(yùn)行性能；****牽出功率
中圖分類號(hào)：tm383.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼{a 文章編號(hào)：1001-6848(2000)05-od03-04
l 引 言
混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，從結(jié)構(gòu)和原理上講，它就是l臺(tái)永磁感應(yīng)子式低速同步電動(dòng)機(jī)，它的轉(zhuǎn)子齒數(shù)對(duì)應(yīng)于極對(duì)數(shù)，一般相當(dāng)多。例如典型的轉(zhuǎn)子齒數(shù)z=50，就是1臺(tái)極對(duì)數(shù)p-z，=50的同步電動(dòng)機(jī)，定子繞組通以頻率，一50hz的交變電流時(shí)，同步運(yùn)行的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速為：
作為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，畝驅(qū)動(dòng)器給電動(dòng)機(jī)供電，它的功放部分實(shí)際上是1臺(tái)逆變器，由控制脈沖的頻率控制電動(dòng)機(jī)繞組電流的頻率，從而改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系如下：
對(duì)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(duì)應(yīng)的為f。=1、10�？梢�(jiàn)對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，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(shí)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(biāo)準(zhǔn)的混合式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)單元，通常在每分鐘幾十到幾百轉(zhuǎn)的范圍內(nèi)運(yùn)行，每分鐘接近千轉(zhuǎn)或以上應(yīng)認(rèn)為是高速運(yùn)行的范圍了。很多應(yīng)用場(chǎng)合要求的轉(zhuǎn)速不高，數(shù)控線切割機(jī)床工作臺(tái)的控制就是一個(gè)實(shí)例，它要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速僅2r/s輸出的機(jī)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(dòng)頻率等。
隨著近代技術(shù)的發(fā)展，為了提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，很多數(shù)控裝置要求步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶載高速運(yùn)行，例如包裝機(jī)、印刷機(jī)、制袋機(jī)等。因此研究和開(kāi)發(fā)高速運(yùn)行性能好的混合式步進(jìn)驅(qū)動(dòng)單元成為當(dāng)前重要的發(fā)展方向，備受制造者和用戶的關(guān)注。
高速運(yùn)行性能的主要指標(biāo)或基本指標(biāo)，可以用****牽出功率或****可用功率來(lái)表示。本文研究電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的基本參數(shù)對(duì)高速運(yùn)行性能的影響，用實(shí)例說(shuō)明高速運(yùn)行性能的若干基本概念，有利于正確設(shè)計(jì)和選用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)單元。
2 基本關(guān)系
混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，當(dāng)前大都采用電流波形控制的驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)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(jìn)一步升高而減小，相應(yīng)地****輸出轉(zhuǎn)矩也下降，要求1臺(tái)電動(dòng)機(jī)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(xì)的分析和研究表明，這二項(xiàng)指標(biāo)與電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)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(dòng)單元的高速性能主要取決于驅(qū)動(dòng)器的電壓(v)和電流(in)，以及電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)電壓系數(shù)(k)、電感(l)和轉(zhuǎn)子齒數(shù)(z)。對(duì)于一種電動(dòng)機(jī)， |
