混合式步進電動機驅(qū)動技術對轉(zhuǎn)矩指標的影響
韓光鮮1，王宗培1，程 智z
(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：說明了混合式步進電動機驅(qū)動技術的進步使其轉(zhuǎn)矩指標顯著提高的原理，指出這類電動機具有高度飽和的特點，以及高度飽和引起的不足。根據(jù)近代驅(qū)動技術的特點對電動機重新進行優(yōu)化設計可以進一步提高電動機
的總體品質(zhì)。
關鍵詞：混合式步進電動機；驅(qū)動技術；轉(zhuǎn)矩指標
中圖分類號：tm383.6 文獻標識碼：a 文章編號：1001- 6848 (2000)06 - 0003 - 03
1 引 言
混合式步進電動機獲得大的發(fā)展已有30年的歷史，大約在20年前就確定了它在步進電動機產(chǎn)品中占主導的地位，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)領域，同時它的性能指標也不斷提高�？傮w考寨混合式步進電動機的性能，保持轉(zhuǎn)矩的值可作為最基的性能參數(shù)和指標。以應用****泛的二相混合式步進電動機最有代表性的34機座電動機為例，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****進指標已達3.1n．m（轉(zhuǎn)子為一片永磁體，一個單元的電機），為早期值的4倍。性能指標提高的途徑中，高性能永磁材料的應用及優(yōu)化設計技術起到明顯的作用自不待說，驅(qū)動技術改進的作用也不容忽視。本文對驅(qū)動技術改進后對轉(zhuǎn)矩指標的影響，以及這類轉(zhuǎn)矩指標達到極限利用電動機的一些特點加以分析和討論。對于正確地認識和運用這類電動機以及今后的發(fā)展是很有利的。
2 單極性和雙極性驅(qū)動
混合式步進電動機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)動器，為了簡化電路和降低成本，只提供單極性的電源，而在電動機的一相磁極上（例如a相），設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，電動機的繞組出線如圖la所示。這樣做使得功率電路簡化和便宜，但繞組空間的利用率降低，在同一時間只有一半繞組通電起作用，另一半繞組不通電不起作用。
隨著電子技術的進步，電子器件價格大幅度下降，使得情況發(fā)生變化，提供雙極性驅(qū)動的電路也不覺得復雜，成本也不會有明顯的提高。采用單極性驅(qū)動使得電動機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)動器仍有應用，但終究要為雙極性驅(qū)動器所取代而逐步淘汰。在雙極性驅(qū)動的情況下，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都同時利用，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)矩也會有相應的增大。推導證明：若單極性供電時，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)動時，將二套繞組串聯(lián)，見圖1b，一相繞組的電阻為2r，匝數(shù)為2ⅳ，讓相電流為
時，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)增大為原來的／蠆倍。由于保持轉(zhuǎn)矩與繞組安匝數(shù)之間的關系是非線性的，所以相應地能增加多少要看具體電動機保持轉(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臺國外樣機實測的保持轉(zhuǎn)矩特性，從曲線可得，在單極性供電的情況下，對應額定電流4. 3a得電動機的保持轉(zhuǎn)矩（指標）為2. 1n．m；雙極性供電時，將繞組串聯(lián)，可得相應的保持轉(zhuǎn)矩（指 |
