l 引言
步进
电动机由于其结构及运行方式的特殊性,运行过程与一般电动机有较大的不同,运行理论也远不及传统电动机成熟,这给步进电动机的应用带来很多不便。步进电动机运行由于通电万式及电流波形的复杂性,电流及运行转矩的计算常常不得不借助于值方法。数值方法可对具体的步进电动机系统进行仿真,算出所需的结果,但要从中得出有普遍意义的规律性的认识,还得辅之以概念性的理论分析。
本文应用迭加原理,将步进电动机运行时的绕组电流分成2个分量,即外加电压产生的电流分量和旋转感应电压产生的电流分量。相应地,运行转矩也分成2个对应的分量,进一步对旋转感应电压产生的转矩分量进行分析和试验研究。
2数学模型
以五相混合式步进电动机星接桥式驱动的典型系统为例进行分析,其主电路的拓扑结构如图1所示。这是一个五相对称结构的系统,只要分析一相的主电路,其他相都相似。以A相电路为例:
a.TA导通时ia的正向回路。
电源正端经TA到A绕组,再经其他反向导通的相绕组及相应的功放管至电源负端。

b.TA关断时ia的正向回路。A绕组内的正向电流,经其他反向导通的相绕组及相应的功放管,再经过Dx回到A相绕组的端点形成闭合回路,如图2所示。
c.Tx丙导通时ia的反向回路。电源正端经其他正向导通的功放管及相绕组,至A相绕组,再通过Tx到电源负端。

d.Tx不导通时ia的反向回路。A绕组内的反向电流,经过DA至其他正向导通的功放管及相应的绕组形成闭合回路,如图3所示。

可见,对于任一相绕组,不论其相应桥臂的功放管导通与不导通,都可形成其正向电流或反向电流的回路。实际上,功放管只起到控制外加功放级电压的作用,使他能正向、反向或不加到相应相的绕组上去。对于任一相绕组,其电压方程式为:

式中V
K--K相绕组的外加电压,主要与功放管的导通情况有关,是不连续函数
R-相绕组回路的电阻
i
K一一相绕组的电流
ψ
K相绕组的总磁链
L
jK时为K相绕组的自感

j≠K时为K相与j相绕组间的互感

UθK——K相绕组的旋转感应电压

从迭加的概念出发,式(2)可改写为:

相应地,电磁转矩也可分为2个分量,即

式中T
(1)对应于i
K(1)(K=a、b、c、d、e),若忽略旋转感应电压对绕组电流波形的影响,则分析或计算所得的电流和相应的电磁转矩就是该分量,他是电磁转矩中的基本分量。T
(2)对应于i
K
(2) (K=a、b、c、d、e),这是对应于旋转感应电压的电流分量,由式(7)决定。从普通同步电机的理论和概念出发,就知道该转矩分量的值随转速变化的规律,他是制动转矩,相当于内部电磁阻尼[1]。
3短路转矩
转矩分量T
(2)由电流分量i
K
(2)决定,i
K
(2)则可由式(7)解出。式(7)实际上是电机定子绕组短路运行的方程组。为简化起见,短路运行分析在下列假定条件下进行:①电机在恒转速下运行,ω=const。②旋转感应电压为正弦波形。③相绕组的自感及互感为常数。这是一种对称稳态运行,可写出其相量方程,且写出一相代表即可,例如写出A相的方程为:

由电动机结构的对称性可知:

由相电流的对称件(如图4所示)可得:

将式(11)~(13)代入式(10),得相绕组电压平衡方程式的一般表达式:

式中Ls-相绕组的等效电感

I——相电流有效值
U
o——相绕组旋转感应电压有效值

由式(14),短路电流为:

短路转矩为:

从另一个角度出发,电机的电磁转矩也可以根据绕组电流及转矩系数求出,任一相绕组电流产生的电磁转矩为:

总的电磁转矩:

实际上转矩系数KT与旋转感应电压系数Kt相等,所以时(18)与式(21)是完全一致的。
4试验校核
被试电机是一台90BYG550A型五相混合式步进电动机,其一相绕组通电时保持转矩测试结果如图5所示。

从曲线上对应额定相电流(J一3A)点得保持转矩为T
K=0.6lNm,其转矩系数为:

[1] [2] 下一页
本文关键字:电动机 驱动电路及控制电路,单元电路 - 驱动电路及控制电路