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步進電機驅動電壓與電機特性的關系
發布時間:2023-04-09

步進電機作為多旋(一般為60對極)同步電機,電機定子的旋光度在電機定子電流每次變化多次時,可推動電機轉子以1.9度的步距角旋轉,因此可用作電脈沖數據信號變為角位移或線性偏差的電動執行機構。事實上,步進電機運行的關鍵取決于通過電機定子的電流大小,以形成驅動電機轉子運行的力矩。電機機電流的運行是由步進電機控制器來完成的,電機控制器將控制面板發來的差分信號轉換成電機的角位移,所以步進驅動器可以作為功率放大器使用,其關鍵的日常任務是根據PWM解調出電機運行所需的所有電流。

    步進驅動器運行的步進電機電流被電機定子電阻、電感和步進運行全過程中形成的反電動勢損壞。步進電機的電感和電流都很小,但電機轉子在電機定子中形成的反電動勢對電流的危害更大。因此,分析反電動勢對電機轉矩的危害是很重要的。電機勻速運行時形成的基波電動勢為正弦,關系如下:E=pφmω,sin(θT)其中p為步進電機的更大值,p = 60φm為電機反電動勢的磁感應常數,與電機轉子常見的原材料有關,ωT為電機轉子的角速度,θT為電機轉子的位置。步進電機比普通同步電機或者通訊電機大很多,所以同樣的速比會形成兩倍的反電動勢。另外,電機轉子越大,反電動勢常數越大,產生的反電動勢會以一個尾波增加。

    步進驅動器的日常任務是根據負載解調出電機定子所有必需的電流。實際上要考慮以下物理方程:U=IR+L dI/dt+E,工作電壓U需要根據PWM進行解調。在周期時間為T的PWM中,需要計算通斷時間ton來提升U=ton/t Ubus(0≤ton≤T)。因為電機的電阻R和電感L比較小,所以反電動勢是損壞步進驅動器的關鍵因素。根據實驗可以知道,一般87步進電機在400轉左右旋轉時形成的反電動勢在47V以上,67電機在350轉左右旋轉時形成的反電動勢在47V左右。當電機的反電動勢超過給定的母線電壓時,控制器PWM將其解調為“飽和狀態”的情況,因此無法向電機展現動能,反過來又消化吸收動能,所以電機的轉矩會慢慢衰減。速度越來越快,失步很簡單。

    因此,步進驅動器工作電壓的選擇與被驅動電機的型號規格有關。步進驅動器的工作電壓越高,PWM解調的范圍越大,可以補償電機高速運行形成的反電動勢,更有利于電機的高速運行。需要安裝高轉矩的步進電機控制器,才能充分發揮其高速特性。比如87步進電機在28V規格下的高速特性會不如67電機。根本原因是87電機很簡單在高速規范下形成比較高的反電動勢,促使步進驅動器的PWM解調快速進入飽和狀態,電流大幅衰減,形成快速的轉矩衰減系數。在高壓規范下,會出現87電機的扭矩,形成大于67的扭矩。這是步進驅動器和步進選擇中應注意的一個關鍵問題。


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