混合式步進驅動單元的高速運行性能
王宗培1，韓光鮮1，程 智2，任 雷2
(1．哈爾濱工業大學，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：討論了混合式步進電動機的結構參數對高速運行性能的影響，包括轉子鐵心的單元數、繞組匝數及磁系統尺寸的優化等。步進驅動單元的高速運行性能可以用****牽出功率作指標，它主要取決于電動機的綜合參數(k√l)，以及驅動器的電壓和電流。
關鍵詞：混合式步進電動機；結構參數；高速運行性能；****牽出功率
中圖分類號：tm383.6 文獻標識碼{a 文章編號：1001-6848(2000)05-od03-04
l 引 言
混合式步進電動機，從結構和原理上講，它就是l臺永磁感應子式低速同步電動機，它的轉子齒數對應于極對數，一般相當多。例如典型的轉子齒數z=50，就是1臺極對數p-z，=50的同步電動機，定子繞組通以頻率，一50hz的交變電流時，同步運行的轉子轉速為：
作為步進電動機運行時，畝驅動器給電動機供電，它的功放部分實際上是1臺逆變器，由控制脈沖的頻率控制電動機繞組電流的頻率，從而改變電動機的轉速之間的關系如下：
對應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，與同樣的轉速對應的為f。=1、10。可見對于步進電動機，雖然轉速與控制脈沖頻率成正比，但僅僅jcp的還不能表明轉速的離低，實際上它與步距角的乘積才表明轉速的高低，如式(3)所示。
標準的混合式步進驅動單元，通常在每分鐘幾十到幾百轉的范圍內運行，每分鐘接近千轉或以上應認為是高速運行的范圍了。很多應用場合要求的轉速不高，數控線切割機床工作臺的控制就是一個實例，它要求步進電動機的轉速僅2r/s輸出的機械功率很小，通常很少提到它們的功率，只提到輸出轉矩的要求和啟動頻率等。
隨著近代技術的發展，為了提高勞動生產率，很多數控裝置要求步進電動機帶載高速運行，例如包裝機、印刷機、制袋機等。因此研究和開發高速運行性能好的混合式步進驅動單元成為當前重要的發展方向，備受制造者和用戶的關注。
高速運行性能的主要指標或基本指標，可以用****牽出功率或****可用功率來表示。本文研究電動機和驅動器的基本參數對高速運行性能的影響，用實例說明高速運行性能的若干基本概念，有利于正確設計和選用步進驅動單元。
2 基本關系
混合式步進電動機，當前大都采用電流波形控制的驅動器供電，在一定頻率范圍內繞組電流波形與給定電流一致，保持基本不變的值，電動機的****輸出轉矩也能保持基本不變，****輸出功率則隨轉速升高而增大。到一定的頻率fk以后，電流失去控制，將隨轉速進一步升高而減小，相應地****輸出轉矩也下降，要求1臺電動機高速性能提高歸結為臨界頻率fk的增大，相應地****輸出功率也上升。詳細的分析和研究表明，這二項指標與電動機和驅動器的基本參數之間有如下關系[1]：
與fk相應的轉子角速度：
****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，驅動單元的高速性能主要取決于驅動器的電壓(v)和電流(in)，以及電動機的旋轉電壓系數(k)、電感(l)和轉子齒數(z)。對于一種電動機， |
