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步進電機驅動器電壓與電機特性關系

文章出處:東莞市一能機電技術有限公司       瀏覽次數:4794次        發布日期:2015-10-23       

 

 

步進電機作為多極性(一般為50對極)同步電機,每改變一次定子的電流極性可以使得轉子轉1.8度步距角,因此可以作為電脈沖信號轉變為角位移或線位移的執行機構。實際上,步進電機的運行主要靠流過定子的電流產生力矩驅動轉子運行。電機電流的控制由步進電機驅動器完成,它把控制器發來的脈沖信號轉換成電機的角位移,因此可以把步進驅動器當作功率放大器,其主要任務是通過PWM調制出電機運行所需要的電流。步進驅動器控制步進電機的電流主要受到電機本身的定子電阻、電感以及步進運動過程中產生的反電動勢所影響。步進電機的電感和電流都比較小,對電流影響最大還是轉子運動在定子產生的反電動勢。因此主要分析反電動勢對電機力矩的影響。勻速運行時電機產生的基波電動勢呈正弦波,其表達式是:

E=pφmω,sin(θT)其中p為步進電機極對數,p=50;φm為電機反電動勢感應常數,與電機轉子所用的材料相關,ωT為轉子的角速度,θT為轉子位置。步進電機的極對數比普通的同步電機或交流電機大得多,因此,同樣的轉速會多產生好幾倍的反電動勢,此外轉子越大,反電動勢常數也就越大,所產生的反電動勢也會呈倍數提高。步進驅動器的任務是根據負載調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調制產生,在每個周期為T的PWM中,需要計算導通時間ton,使得U=ton/t Ubus(0≤ton≤T)。由于電機的電阻R和電感L比較小,反電動勢是影響步進驅動器的主要因素,通過實驗可以知道一般的86步進電機在300轉左右,所產生的反電動勢最大會超過48V,57電機在450轉左右所產生的反電動勢在48V左右。電機反電動勢超過給定的母線電壓后,驅動器PWM調制進入“飽和”狀態,無法向電機提供能量,相反是吸收能量,因此電機的力矩也會逐漸衰減;速度越快越容易丟步。

因此步進驅動器電壓的選擇是根據所驅動的電機的型號有關,步進驅動器的電壓越高,PWM調制范圍越大,可以補償電機高速運轉所產生的反電動勢,越有利于電機高速運行。大力矩的電機需要配有高壓步進電機驅動器才能發揮出其高速性能,比如86步進電機在24V條件下高速性能會不如57電機,主要是因為高速條件下86電機容易產生比較高的反電動勢,使得步進驅動器的PWM調制很快進入飽和區,電流急劇衰減,引起力矩快速衰減。在高壓條件下,86電機的力矩才會發揮出來,產生比57大的力矩。這是步進驅動器和步進選電機選型所要注意的關鍵性問題。

 

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