混合式步进驱动单元的高速运行性能
王宗培1，韩光鲜1，程 智2，任 雷2
(1．哈尔滨工业大学，黑龙江 哈尔滨 150001；2．珠海运控电机有限公司，广东 珠海 519001)
摘要：讨论了混合式步进电动机的结构参数对高速运行性能的影响，包括转子铁心的单元数、绕组匝数及磁系统尺寸的优化等。步进驱动单元的高速运行性能可以用****牵出功率作指标，它主要取决于电动机的综合参数(k√l)，以及驱动器的电压和电流。
关键词：混合式步进电动机；结构参数；高速运行性能；****牵出功率
中图分类号：tm383.6 文献标识码{a 文章编号：1001-6848(2000)05-od03-04
l 引 言
混合式步进电动机，从结构和原理上讲，它就是l台永磁感应子式低速同步电动机，它的转子齿数对应于极对数，一般相当多。例如典型的转子齿数z=50，就是1台极对数p-z，=50的同步电动机，定子绕组通以频率，一50hz的交变电流时，同步运行的转子转速为：
作为步进电动机运行时，亩驱动器给电动机供电，它的功放部分实际上是1台逆变器，由控制脉冲的频率控制电动机绕组电流的频率，从而改变电动机的转速之间的关系如下：
对应的控制脉冲频率分别为0.4、4和8k脉冲／s。如果步距角改为θ=0.360，与同样的转速对应的为f。=1、10。可见对于步进电动机，虽然转速与控制脉冲频率成正比，但仅仅jcp的还不能表明转速的离低，实际上它与步距角的乘积才表明转速的高低，如式(3)所示。
标准的混合式步进驱动单元，通常在每分钟几十到几百转的范围内运行，每分钟接近千转或以上应认为是高速运行的范围了。很多应用场合要求的转速不高，数控线切割机床工作台的控制就是一个实例，它要求步进电动机的转速仅2r/s输出的机械功率很小，通常很少提到它们的功率，只提到输出转矩的要求和启动频率等。
随着近代技术的发展，为了提高劳动生产率，很多数控装置要求步进电动机带载高速运行，例如包装机、印刷机、制袋机等。因此研究和开发高速运行性能好的混合式步进驱动单元成为当前重要的发展方向，备受制造者和用户的关注。
高速运行性能的主要指标或基本指标，可以用****牵出功率或****可用功率来表示。本文研究电动机和驱动器的基本参数对高速运行性能的影响，用实例说明高速运行性能的若干基本概念，有利于正确设计和选用步进驱动单元。
2 基本关系
混合式步进电动机，当前大都采用电流波形控制的驱动器供电，在一定频率范围内绕组电流波形与给定电流一致，保持基本不变的值，电动机的****输出转矩也能保持基本不变，****输出功率则随转速升高而增大。到一定的频率fk以后，电流失去控制，将随转速进一步升高而减小，相应地****输出转矩也下降，要求1台电动机高速性能提高归结为临界频率fk的增大，相应地****输出功率也上升。详细的分析和研究表明，这二项指标与电动机和驱动器的基本参数之间有如下关系[1]：
与fk相应的转子角速度：
****牵出功率：
****可用功率约为：
以上式子，主要是式(6)和(8)，清楚地表明，驱动单元的高速性能主要取决于驱动器的电压(v)和电流(in)，以及电动机的旋转电压系数(k)、电感(l)和转子齿数(z)。对于一种电动机， |
