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步进电机驱动器电压与电机特性关系

文章出处:东莞市一能机电技术有限公司       浏览次数:6800次        发布日期:2015-10-23       

 

 

步进电机作为多极性(一般为50对极)同步电机,每改变一次定子的电流极性可以使得转子转1.8度步距角,因此可以作为电脉冲信号转变为角位移或线位移的执行机构。实际上,步进电机的运行主要靠流过定子的电流产生力矩驱动转子运行。电机电流的控制由步进电机驱动器完成,它把控制器发来的脉冲信号转换成电机的角位移,因此可以把步进驱动器当作功率放大器,其主要任务是通过PWM调制出电机运行所需要的电流。步进驱动器控制步进电机的电流主要受到电机本身的定子电阻、电感以及步进运动过程中产生的反电动势所影响。步进电机的电感和电流都比较小,对电流影响最大还是转子运动在定子产生的反电动势。因此主要分析反电动势对电机力矩的影响。匀速运行时电机产生的基波电动势呈正弦波,其表达式是:

E=pφmω,sin(θT)其中p为步进电机极对数,p=50;φm为电机反电动势感应常数,与电机转子所用的材料相关,ωT为转子的角速度,θT为转子位置。步进电机的极对数比普通的同步电机或交流电机大得多,因此,同样的转速会多产生好几倍的反电动势,此外转子越大,反电动势常数也就越大,所产生的反电动势也会呈倍数提高。步进驱动器的任务是根据负载调制出定子所需要的电流,实际上是要满足以下的物理方程:

 U=IR+L dI/dt+E ,电压U需要通过PWM调制产生,在每个周期为T的PWM中,需要计算导通时间ton,使得U=ton/t Ubus(0≤ton≤T)。由于电机的电阻R和电感L比较小,反电动势是影响步进驱动器的主要因素,通过实验可以知道一般的86步进电机在300转左右,所产生的反电动势最大会超过48V,57电机在450转左右所产生的反电动势在48V左右。电机反电动势超过给定的母线电压后,驱动器PWM调制进入“饱和”状态,无法向电机提供能量,相反是吸收能量,因此电机的力矩也会逐渐衰减;速度越快越容易丢步。

因此步进驱动器电压的选择是根据所驱动的电机的型号有关,步进驱动器的电压越高,PWM调制范围越大,可以补偿电机高速运转所产生的反电动势,越有利于电机高速运行。大力矩的电机需要配有高压步进电机驱动器才能发挥出其高速性能,比如86步进电机在24V条件下高速性能会不如57电机,主要是因为高速条件下86电机容易产生比较高的反电动势,使得步进驱动器的PWM调制很快进入饱和区,电流急剧衰减,引起力矩快速衰减。在高压条件下,86电机的力矩才会发挥出来,产生比57大的力矩。这是步进驱动器和步进选电机选型所要注意的关键性问题。

 

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