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    步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器電壓與電機(jī)特性關(guān)系

    日期：2024-09-20 13:51
    瀏覽次數(shù)：1275
    摘要：
    　　步進(jìn)電機(jī)作為多極性（一般為50對極）同步電機(jī)，每改變一次定子的電流極性可以使得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)1.8度步距角，因此可以作為電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。實際上，步進(jìn)電機(jī)的運行主要靠流過定子的電流產(chǎn)生力矩驅(qū)動轉(zhuǎn)子運行。電機(jī)電流的控制由步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器完成，它把控制器發(fā)來的脈沖信號轉(zhuǎn)換成電機(jī)的角位移，因此可以把步進(jìn)驅(qū)動器當(dāng)作功率放大器，其主要任務(wù)是通過PWM調(diào)制出電機(jī)運行所需要的電流。步進(jìn)驅(qū)動器控制步進(jìn)電機(jī)的電流主要受到電機(jī)本身的定子電阻、電感以及步進(jìn)運動過程中產(chǎn)生的反電動勢所影響。步進(jìn)電機(jī)的電感和電流都比較小，對電流影響*大還是轉(zhuǎn)子運動在定子產(chǎn)生的反電動勢。因此主要分析反電動勢對電機(jī)力矩的影響。勻速運行時電機(jī)產(chǎn)生的基波電動勢呈正弦波，其表達(dá)式是：
    E=pφmω，sin(θT)其中p為步進(jìn)電機(jī)極對數(shù)，p=50；φm為電機(jī)反電動勢感應(yīng)常數(shù)，與電機(jī)轉(zhuǎn)子所用的材料相關(guān)，ωT為轉(zhuǎn)子的角速度，θT為轉(zhuǎn)子位置。步進(jìn)電機(jī)的極對數(shù)比普通的同步電機(jī)或交流電機(jī)大得多，因此，同樣的轉(zhuǎn)速會多產(chǎn)生好幾倍的反電動勢，此外轉(zhuǎn)子越大，反電動勢常數(shù)也就越大，所產(chǎn)生的反電動勢也會呈倍數(shù)提高。步進(jìn)驅(qū)動器的任務(wù)是根據(jù)負(fù)載調(diào)制出定子所需要的電流，實際上是要滿足以下的物理方程：
    　　U=IR+L dI/dt+E ，電壓U需要通過PWM調(diào)制產(chǎn)生，在每個周期為T的PWM中，需要計算導(dǎo)通時間ton，使得U=ton/t Ubus(0≤ton≤T)。由于電機(jī)的電阻R和電感L比較小，反電動勢是影響步進(jìn)驅(qū)動器的主要因素，通過實驗可以知道一般的86步進(jìn)電機(jī)在300轉(zhuǎn)左右，所產(chǎn)生的反電動勢*大會超過48V，57電機(jī)在450轉(zhuǎn)左右所產(chǎn)生的反電動勢在48V左右。電機(jī)反電動勢超過給定的母線電壓后，驅(qū)動器PWM調(diào)制進(jìn)入“飽和”狀態(tài)，無法向電機(jī)提供能量，相反是吸收能量，因此電機(jī)的力矩也會逐漸衰減；速度越快越容易丟步。
    　　因此步進(jìn)驅(qū)動器電壓的選擇是根據(jù)所驅(qū)動的電機(jī)的型號有關(guān)，步進(jìn)驅(qū)動器的電壓越高，PWM調(diào)制范圍越大，可以補(bǔ)償電機(jī)高速運轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的反電動勢，越有利于電機(jī)高速運行。大力矩的電機(jī)需要配有高壓步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器才能發(fā)揮出其高速性能，比如86步進(jìn)電機(jī)在24V條件下高速性能會不如57電機(jī)，主要是因為高速條件下86電機(jī)容易產(chǎn)生比較高的反電動勢，使得步進(jìn)驅(qū)動器的PWM調(diào)制很快進(jìn)入飽和區(qū)，電流急劇衰減，引起力矩快速衰減。在高壓條件下，86電機(jī)的力矩才會發(fā)揮出來，產(chǎn)生比57大的力矩。這是步進(jìn)驅(qū)動器和步進(jìn)選電機(jī)選型所要注意的關(guān)鍵性問題。 

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