【摘要】针对步进电动机存在着低速振荡、高速力矩小等缺陷，提出一种步进电动机同步矢量运转方式，成功研制了步进电动机同步矢量伺服系统。文中对系统的设计理论、组成等作了介绍，并有应用实例。

    【叙词】步进电动机，同步，矢量控制，伺服系统，研制

引  言

    各种电机（包括直线电机），从磁场观点去看，其运动均可视为定子磁场与转子磁场相互作用之结果，而且两磁场间保持相对静止，只是其作用角（两磁场间夹角）不同而已。

    直流电机：定子磁场为一固定磁场，转子磁场与定子磁场相互垂直，并保持空间相对位置不变。

    异步电机：定子磁场为旋转磁场，转子中导体切割定子旋转磁场，产生感应电流，并在转子中形成感应磁场，该磁场跟随定子磁场同步运行，两磁场间夹角近似为90度。

    同步电机：定子磁场为旋转磁场，转子电枢被直流激励为一固定磁场，定子磁场与转子磁场同步旋转，两磁场夹角为0度。

    步进电动机，无论是反应式或混合式，不外乎是一个转子无外加励磁电流的同步电机。在定子磁场激励后，转子磁场与定子磁场同步运行，并在空间的位置保特相对静止，即夹角为0度，也就是处于最小磁阻状态。当转子与定子的“同步角差”大于步距角的一半时，则发生“失步”现象。

    步进电动机的定子磁场激励方法，除了因电机绕组相数不同而异外，即使是同一电机，也有不同方式，于是便产生了许多驱动电路。但归结起来，这些旨在使步进电动机按“步进”方式运行的常规线路，在步进电动机定子中所激励的磁场都是“步进”的脉动旋转磁场。它们在不同程度上使用步进电动机的运转特性存在着低速振荡、高速力矩小，共振、失步、分辨率低、功耗大等缺点，以致不能达到和满足对步进电动机执行伺服所提出的高精度和高速度的要求。

    对步进电动机的这些缺点，提出了新的驱动概念一步进电动机同步矢量运转方式，并研制成功了sv系列步进电动机同步矢量伺服系统。

    基于步进电动机在磁场作用原理上的上述特点，设想在步进电动机定子中产生一个具有恒模场强的均匀连续旋转磁场，使步进电动机在该场的作用下同步平滑地运转。现以三相步进电动机为例，简述其原理。

    在步进电动机定子中要形成的均匀圆周旋转磁场，如图1所示。

    设p点为单位圆上的任意一点，矢量沿圆周均匀旋转，模10p1等于常数；为此要建立一个数学模型，使三相绕组申流过的励磁电流，在任意转角都产生一满足上述要求的合成磁场矢量

 

由图1可得如下方程

整理并解方程得

   当然，这些也可用电磁场的理论求得，结果相同。它们是一组相位差为120度的双峰曲线函数，其波形如图2所示。

   

    从图2可看出，当三相步进电动机工作手单三拍、双三拍、三一六拍等任意一种步进运行方式时，其相电流值仅仅是电流波形上的特殊点，如图2中的pl，p2 p3，p4…。它们在一个周期内分别位于0度，60度，120度．180度．240度圆周角上，其幅值等于一个单位即步进方式运行时，步进电机相电流的额定值。同时还可看出，相电流的每个周期，相当于步进电机步进方式运行时，三一六制的六步，或单三拍的兰步。换言之，如bf110型步进电动机。上述双峰曲线每80个周期，可使它旋转一圈。