二相混合式步进电动机系统转矩提升的实践
王宗培 程 智（哈尔滨工业大学150001）
【摘 要】二相混合式步进电动机系统半步方式（1-2通电）运行时，一相通电状态的转矩大约只有二相通电时的0.7倍，使电动机的牵出特性降低，带载能力下降，对运行的平稳性不利。文中提出了一种简单实用的方法实现电流的提升，使得1-2通电方式运行时一相通电状态的电流增大，让一相通电状态的转矩与二相通电状态相等或接近，提高了电动机的牵出特性，也能使电动机运行的平稳性得到改善。实践表明，这种方法是可行的和有效的。
【叙 词】步进电动机脉宽调制转矩
1引 言
二相混合式步进电动机系统典型的通电
 相绕组电流波形和相应的静转矩相量星形图。可以清楚看出，由于半步方式是通过改变通电相数实现的，提高步进电动机的分辨率的同时，损失了转矩的利用率。一相通电状态时的转矩（tl）明显小于二相通电状态时的转矩(t2)。在理想情况下，即矩角特性为正弦波形，当其幅值与电流成线性关系时， 不同通电状态时转矩的不一致还会影响电动机运行的平稳性。
可见，二相电动机1-2通电方式运行时，如果在一相通电状态，将绕组电流增大，例如增加到二相通电状态时相电流，一相通电时的转矩相应提高到：
与二相通电时的转矩相等，即
可以清楚地看出，采取电流和转矩提升的方法，可以使1-2通电方式中各种通电状态的转矩相一致，不降低电动机转矩的利用率，使电动机的牵出特性、牵入特性改善，且使电动机运行的平稳性增加。
二相混合式步进电动机典型驱动系统的上述不足，早就为人们所熟知，改进的途径也很容易想到。关键的问题是如何实现电流和转矩的提升，才能既方便实用，又是经济的。为此作者开发了具有这种提升功能的二相全h桥恒流驱动器，本文介绍实现转矩提升功能的一种较简单的方法，并对实例电动机进行了对比测试，给出运行性能提高的定量概念。
2电流提升的原理及实现
随着恒频脉宽调制技术的成熟，目前应用于二相混合式步进电动机驱动器的主要是利用恒频脉宽调制进行恒相绕组电流的控制方式，主电路结构多为全h桥。由于控制对象是直接与转矩相关的相绕组电流，因此，这一类型的驱动器有较好的运行特性和良好的稳定性，电源电压的波劫、功率器件的管压降、绕组电阻和电感以及环境温度等的变化对运行性能的影响都不大，此外，由于是逐个脉冲进行比较控制的，功率器件有较高的安全可靠性。
在这种恒相流驱动方式的基础上，实现电流提升的功能相当方便。实际上，只要改变参考电流波形，使参考电流幅值随通电状态不同而改变，关系相一致即可。
从图2相电流波形知道，相电流的值有三种，即零、额定值及提升值，就是说任一种通电状态下，参考电流幅值必定是三中选一，这可以通过一四选一的模拟开关实现。此外，由于是对二相绕组a、b分别进行控制，故采用双四选一模拟开关来完成这一功能，其电路如图3所示。
图中电阻r1i和r2的比值决定了电流提升的比例(k)，事实上：
 模拟开关的选择讯号应与通电逻辑关系配合一致， |
