二相步进电动机系统高频运行牵出转矩的提升
程 智1，任 雷1，韩光鲜2，王宗-2
（1．珠海运控电机有限公司，广东珠海519 001;2．哈尔滨工业大学，黑龙江哈尔滨150001）
摘要：给出一种电流补偿的方法，使得半步方式运行的二相混合式步进电动机和牵出特性在高频运行的一定频段内得以提高，增大了该电动机系统的可用功率，
关键词：混合式步进电动机；驱动器；牵出特性；电流波形控制
中图分类号；tm383,6 文献标识码：a 文章编号；1001-6848(2000)03-0007-03
l 引 言
牵出矩频特性是步进电动机最基本和重要的运行特性，提高牵出转矩，拓宽运行频域，一直是研究和追求的主要目标之一。文献[1]曾介绍了一种简单实用的方法，可以使半步方式运行的二相混合式步进电动机系统，在可控频段内的牵出转矩值有所提高，实例数据为百分之10～18。超出某一临界的频率，fcp> fo时，电流控制不起作用，实际上已成为一个恒电压的驱动系统，牵出转矩与绕组电流的变化相对应，随频率的升高而下降。本文介绍的方法，是在fcp>fo时采取电流补偿，使得牵出转矩仍不下降，相当于提高了可控频段的领域，增大了该电动机系统的可用功率。
2电流补偿的原理
近代混合式步进电动机的驱动系统，都是采用电流波形控制技术对相绕组的电流进行控制，其原理框图如图1所示。
电流取样电路将绕组中电流讯号变换为电压讯号，与参考电流（指令电流）讯号对应的电压讯号在比较器中进行比较，一旦绕组中电流超过参考电流，电流控制器便输出斩波关断讯号，使得绕组电流跟 踪参考电流变化。
以二相电动机半步方式为例，给定的参考电流波形如图2a所示，它是一个正弦阶梯波，这大体上就是相绕组电流在可控频段内的波形，随着fcp增大，绕组电流的基本电磁周期缩短，电流基波分量的频率增高，绕组阻抗增大，旋转电压的频率和幅值也相应增大，使得绕组内电流值下降，fcp超过某一临界值（fo）时，绕组电流可能达到的值开始小于i，电流控制器在第3个控制脉冲周期内便不再输出斩波关断讯号，所以fo也称为全导通频率。fe。>fo称为不可控频段，相绕组电流的幅值下降，如图2b所示，图中斜线部分表示电流减少的部分。斜线部分的面积随着fcp增高而加大，相应地牵出转矩便下降。
图2b表示出第3个控制脉冲周期内电流不可控的情况，其他控制脉冲周期内电流仍是受控的，这些受控电流的值仍小于绕组电流可能达到的值。可以看出，如果改变电流波形，改为方波，即都按峰值电流来控制，则绕组电流将按幅值zp的方波跟踪，如图2c所示，与图2b的绕组电流波形相比增大了图2c中的斜线部分。相应的电功机的牵出转矩也会有所提高，使得牵出转矩的下降段向更高一些的频域推移，这就是电流补偿的原理。
电动机的参考电流波形是根据要求的步距角和合理的步进运行来确定的，在单步运行和低频运行时需要遵守。在频率甚高时，步进电动机实际上处在同步电动机运行状态，主要是电动机的转速跟踪cp脉冲讯号，这只要求绕组电流的基本电磁周期不改变就能达到，详细的电流波形影响不大，这便是上述的电流补偿方法可以实施的基础。
3实验示例
被试电动机是珠海运控电机有限公司生产的86bh250c1(4)和86bh250c1(8)型电动机，括号内的数字代表额定相电流。电动机的外形如图3所示，它和原来86bh250b型电动机的外形尺寸相近，但是转矩有较大提高，与原来86bh250c型电动机相比，绕组电感小得多，更适合于要求高速运行的场合。保持转矩特性如图4所示。
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