混合式步进电动机驱动技术对转矩指标的影响
韩光鲜1，王宗培1，程 智z
(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：说明了混合式步进电动机驱动技术的进步使其转矩指标显著提高的原理，指出这类电动机具有高度饱和的特点，以及高度饱和引起的不足。根据近代驱动技术的特点对电动机重新进行优化设计可以进一步提高电动机
的总体品质。
关键词：混合式步进电动机；驱动技术；转矩指标
中图分类号：tm383.6 文献标识码：a 文章编号：1001- 6848 (2000)06 - 0003 - 03
1 引 言
混合式步进电动机获得大的发展已有30年的历史，大约在20年前就确定了它在步进电动机产品中占主导的地位，成为高分辨率小功率定位系统中的重要执行部件，迅速发展形成规模的产业领域，同时它的性能指标也不断提高。总体考寨混合式步进电动机的性能，保持转矩的值可作为最基的性能参数和指标。以应用****泛的二相混合式步进电动机最有代表性的34机座电动机为例，70年代代表产品的保持转矩为0. 78n．m，至今其保持转矩的****进指标已达3.1n．m（转子为一片永磁体，一个单元的电机），为早期值的4倍。性能指标提高的途径中，高性能永磁材料的应用及优化设计技术起到明显的作用自不待说，驱动技术改进的作用也不容忽视。本文对驱动技术改进后对转矩指标的影响，以及这类转矩指标达到极限利用电动机的一些特点加以分析和讨论。对于正确地认识和运用这类电动机以及今后的发展是很有利的。
2 单极性和双极性驱动
混合式步进电动机的定子绕组从作用原理上讲，要求双极性（正、反向）通电。但是早期的驱动器，为了简化电路和降低成本，只提供单极性的电源，而在电动机的一相磁极上（例如a相），设置正向绕制和反向绕制的2套绕组(a和c)，c绕组正向通电的作用，与a绕组反向通电一样，电动机的绕组出线如图la所示。这样做使得功率电路简化和便宜，但绕组空间的利用率降低，在同一时间只有一半绕组通电起作用，另一半绕组不通电不起作用。
随着电子技术的进步，电子器件价格大幅度下降，使得情况发生变化，提供双极性驱动的电路也不觉得复杂，成本也不会有明显的提高。采用单极性驱动使得电动机有效空间利用率降低成为得不偿失的事情。虽然至今很成熟的单极性驱动器仍有应用，但终究要为双极性驱动器所取代而逐步淘汰。在双极性驱动的情况下，就不需要将一相绕组分成二套，完全可以合在一起，正向通电或反向通电时都同时利用，串联或并联都可以。这样在保持绕组铜损耗不变的条件下，绕组的安匝数可以增大，保持转矩也会有相应的增大。推导证明：若单极性供电时，一相绕组的电阻为r，匝数为n，电流为j，则一相绕组的铜损和安匝数为：
改为双极性驱动时，将二套绕组串联，见图1b，一相绕组的电阻为2r，匝数为2ⅳ，让相电流为
时，可得相绕组的铜损和安匝数分别为：
上式清楚地表明，在保持绕组铜损不变的条件下，绕组的安匝数增大为原来的／虿倍。由于保持转矩与绕组安匝数之间的关系是非线性的，所以相应地能增加多少要看具体电动机保持转矩特性的饱和程度而定，通常可能在百分之30左右。
图2是1台国外样机实测的保持转矩特性，从曲线可得，在单极性供电的情况下，对应额定电流4. 3a得电动机的保持转矩（指标）为2. 1n．m；双极性供电时，将绕组串联，可得相应的保持转矩（指 |
