二相步進電動機系統高頻運行牽出轉矩的提升
程 智1，任 雷1，韓光鮮2，王宗-2
（1．珠海運控電機有限公司，廣東珠海519 001;2．哈爾濱工業大學，黑龍江哈爾濱150001）
摘要：給出一種電流補償的方法，使得半步方式運行的二相混合式步進電動機和牽出特性在高頻運行的一定頻段內得以提高，增大了該電動機系統的可用功率，
關鍵詞：混合式步進電動機；驅動器；牽出特性；電流波形控制
中圖分類號；tm383,6 文獻標識碼：a 文章編號；1001-6848(2000)03-0007-03
l 引 言
牽出矩頻特性是步進電動機最基本和重要的運行特性，提高牽出轉矩，拓寬運行頻域，一直是研究和追求的主要目標之一。文獻[1]曾介紹了一種簡單實用的方法，可以使半步方式運行的二相混合式步進電動機系統，在可控頻段內的牽出轉矩值有所提高，實例數據為百分之10～18。超出某一臨界的頻率，fcp> fo時，電流控制不起作用，實際上已成為一個恒電壓的驅動系統，牽出轉矩與繞組電流的變化相對應，隨頻率的升高而下降。本文介紹的方法，是在fcp>fo時采取電流補償，使得牽出轉矩仍不下降，相當于提高了可控頻段的領域，增大了該電動機系統的可用功率。
2電流補償的原理
近代混合式步進電動機的驅動系統，都是采用電流波形控制技術對相繞組的電流進行控制，其原理框圖如圖1所示。
電流取樣電路將繞組中電流訊號變換為電壓訊號，與參考電流（指令電流）訊號對應的電壓訊號在比較器中進行比較，一旦繞組中電流超過參考電流，電流控制器便輸出斬波關斷訊號，使得繞組電流跟 蹤參考電流變化。
以二相電動機半步方式為例，給定的參考電流波形如圖2a所示，它是一個正弦階梯波，這大體上就是相繞組電流在可控頻段內的波形，隨著fcp增大，繞組電流的基本電磁周期縮短，電流基波分量的頻率增高，繞組阻抗增大，旋轉電壓的頻率和幅值也相應增大，使得繞組內電流值下降，fcp超過某一臨界值（fo）時，繞組電流可能達到的值開始小于i，電流控制器在第3個控制脈沖周期內便不再輸出斬波關斷訊號，所以fo也稱為全導通頻率。fe。>fo稱為不可控頻段，相繞組電流的幅值下降，如圖2b所示，圖中斜線部分表示電流減少的部分。斜線部分的面積隨著fcp增高而加大，相應地牽出轉矩便下降。
圖2b表示出第3個控制脈沖周期內電流不可控的情況，其他控制脈沖周期內電流仍是受控的，這些受控電流的值仍小于繞組電流可能達到的值。可以看出，如果改變電流波形，改為方波，即都按峰值電流來控制，則繞組電流將按幅值zp的方波跟蹤，如圖2c所示，與圖2b的繞組電流波形相比增大了圖2c中的斜線部分。相應的電功機的牽出轉矩也會有所提高，使得牽出轉矩的下降段向更高一些的頻域推移，這就是電流補償的原理。
電動機的參考電流波形是根據要求的步距角和合理的步進運行來確定的，在單步運行和低頻運行時需要遵守。在頻率甚高時，步進電動機實際上處在同步電動機運行狀態，主要是電動機的轉速跟蹤cp脈沖訊號，這只要求繞組電流的基本電磁周期不改變就能達到，詳細的電流波形影響不大，這便是上述的電流補償方法可以實施的基礎。
3實驗示例
被試電動機是珠海運控電機有限公司生產的86bh250c1(4)和86bh250c1(8)型電動機，括號內的數字代表額定相電流。電動機的外形如圖3所示，它和原來86bh250b型電動機的外形尺寸相近，但是轉矩有較大提高，與原來86bh250c型電動機相比，繞組電感小得多，更適合于要求高速運行的場合。保持轉矩特性如圖4所示。
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