五相混合式步进电动机通电方式的研究

王宗培  陈敬东  符永高  (哈尔滨工业大学)

   【摘  要】分析五相混合式步进电动机的逻辑通电方式，提出了改变步距角运行的新方法。同一台五相混合式步进电动机和典型的驱动器功放级，仅仅改变逻辑通电方式，就可获得比典型值小一些或大一些的多种不同步距角。试验证明，所提出方法的可行性，并给出了改变步距角运行时电动机运行特性变化的规律。

    【叙  词】混合式步进电动机步距角／通电方式

1  引  言

    五相混合式步进电动机是70年代中期德国的专利产品，我国是在1987年开始发展起来的，由于它具有优异的运行性能而应用日广，其典型产品的步距角是o．36^。／o．72^。，分别对应于半步(4～5通电)和整步(4～4通电)通电方式。

    步进电动机应用的场合非常广泛，负载情况和对运行性能的要求各不相同。只生产一种或少数几种步距角的电动机，往往难以满足不同用户的要求，至少用户常常感到不理想和不方便。然而．对于某种相数一定类型的电动机，要改变步距角通常认为意味着要改变电动机的定转子齿数，需要另外的定子和转子冲片模具。因此，生产繁多的不同步距角的品种，会使生产复杂化，代价过大而受到限制。

    本文的研究提出改变步距角的新方法。用同一台五相混合式步进电动机，典型的驱动器功放电路，仅仅改变逻辑通电方式，便可以获得多种不同的步距角，以满足不同的使用要求。这将使得产品的适应性增大，对于制造厂家．可使产品的规格品种减少，同一规格电动机产品的批量增大，生产用的模具工装和组织管理简化，有明显的经济效益。对于用户，新的步进电动机系统的步距角可以选择、可以改变，有利于传动机构设计的合理化，且提供了采取更加灵活的控制方法的可能性，例如在低速运行时使用尽可能小的步距角，以提高系统低速运行的平稳性和分辨率，而在高速时使用大一些的步距角，以提高快速性指标等，有利于整机系统性能的改进。

    这种方法已应用于新提出的九相混合式步进电动机系统，使得步进电动机的步距角在一定范围内几乎可以为任意值^[1,2]。本文是对应用较广的五相混合式步进电动机通电方式的系统进行研究。

2标准通电方式跚

    五相混合式步进电动机有五个相绕组，每相绕组有正向通电和反向通电2种状态，所以一相绕组单独通电的状态共有lo个，即

不同的一相绕组通电状态产生的转矩近似地可看成是不同相位的正弦波形曲线，它们的幅值都相等。

用相量表示时构成一个正十星形，如图1所示。

   标准的或典型的通电方式，包含着一系列的通电状态，并按照一定的逻辑顺序改变，它按照产生尽可能大的转矩和均匀的步距角确定。若干相绕组同时通电时的静转矩大体上可以由每相转矩相量迭加的方式估计。很显然，图1中相邻的五个相量相加时，即五相同时通电时可获得****的合成转矩。

图1所示相邻的四个相量相加，即四相同时通电时，可以获得接近****的合成转矩。

    这2组合成转矩相量，分别构成2个不同的正十星形，如图2所示。表示2种五相十拍(m1=10，5—5通电和4—4通电)的整步通电方式中各种不同通电状态的转矩。相邻相量间的夹角，即整步的步距角为：

    若4—5通电，可得20种通电状态(见表1)，构成五相二十拍(m1=20)的半步通电方式。图2二个转矩相量星迭加在一起，就20个转矩相量构成的新的转矩相量星形图，相邻相量间的夹角，即半步时的步距角减小到一半。