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影响两相步进电机负载力变化的因素

2020年03月10日 09:42 次阅读

步进电机相数与特性

现以两相与三相步进电机为例详细说明步进电机的相数与特性的关系。相数与特性综合概述为:

高分辨率

根据式θs=180°/PNr,步距角为180/PNr,故相数P越大,角分辨率越高。提高分辨率,可以提高定位控制精度,改善低速失步,使多相控制成为可能,并且可以改善阻尼(改善制动性能,减小停止时的超调量和制动时间)。详细说明在驱动技术部分。

振动

如下图,表示的是两相和三相步进电机的转矩波动,相数愈多,换相的两相绕组动态转矩曲线的交点转矩值Tg与最大静态转矩Th的相对误差愈小。Tg为电机所带负载转矩的下限值,(Th— Tg)/Th为转矩波动的相对误差,相数越多,此值越小,对降低振动越有利。亦即,相数越多,电机产生的转矩波动幅值越小,频率越高,产生的振动越小(有关说明在后面章节)。

高转速

多相步进电机的优点是能高速响应。步进电机为同步电机,绕组电流频率与转子速度成正比例,若电机高速运转,则绕组电流角频率ω增加,使绕组电感L产生的电抗ωL加大,从而降低电流,致使转矩下降。

当用数千pps驱动步进电机时,电机绕组阻抗Z与直流电阻相比,电抗ωL将大幅增加。当电机高速运转时,如电压V一定,则电机相电流为V/ωL。机械角速度ωm为ω=Nrωm,则对相同机械角速度的电机,电流与Nr成反比。

根据式θs=180°/PNr,两相Nr=50时,步距角为1.8°;五相Nr=20时,步距角为1.8°。当这两种步进电机以相同的转速高速旋转时,五相绕组的电流是两相的2.5倍,因为电流小则转矩小,所以五相的转矩比两相的要大。

影响两相步进电机负载力变化的因素:

步进电机电感线圈具有一定的电感,因为步进电机的每相绕组是一个电感线圈。而电感有延缓电流变化的特性。当步进电机转动时,电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势;频率越高,反向电动势越大。通俗地讲,当低频时每相绕组通电时间和断电的时间比拟长,大于线圈的时间常数,线圈来得及获得较高电流。而高频率时每相绕组通电时间和断电时间都很短,远小于线圈的时间常数,线圈获得的电流就很小。而转矩近似地与电流的平方成正比,这样频率越高,绕组中的平均电流越小,电机的平均转矩大大下降,负载能力也就大大下降了。

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