混合式步進電動機驅動技術對轉矩指標的影響
韓光鮮1，王宗培1，程 智z
(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：說明了混合式步進電動機驅動技術的進步使其轉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。根據近代驅動技術的特點對電動機重新進行優化設計可以進一步提高電動機
的總體品質。
關鍵詞：混合式步進電動機；驅動技術；轉矩指標
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品中占主導的地位，成為高分辨率小功率定位系統中的重要執行部件，迅速發展形成規模的產業領域，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，保持轉矩的值可作為最基的性能參數和指標。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年代代表產品的保持轉矩為0. 78n．m，至今其保持轉矩的****進指標已達3.1n．m（轉子為一片永磁體，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化設計技術起到明顯的作用自不待說，驅動技術改進的作用也不容忽視。本文對驅動技術改進后對轉矩指標的影響，以及這類轉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展是很有利的。
2 單極性和雙極性驅動
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，使得情況發生變化，提供雙極性驅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動器仍有應用，但終究要為雙極性驅動器所取代而逐步淘汰。在雙極性驅動的情況下，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，串聯或并聯都可以。這樣在保持繞組銅損耗不變的條件下，繞組的安匝數可以增大，保持轉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，匝數為n，電流為j，則一相繞組的銅損和安匝數為：
改為雙極性驅動時，將二套繞組串聯，見圖1b，一相繞組的電阻為2r，匝數為2ⅳ，讓相電流為
時，可得相繞組的銅損和安匝數分別為：
上式清楚地表明，在保持繞組銅損不變的條件下，繞組的安匝數增大為原來的／蠆倍。由于保持轉矩與繞組安匝數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得電動機的保持轉矩（指標）為2. 1n．m；雙極性供電時，將繞組串聯，可得相應的保持轉矩（指 |
