電機控制- 步進電機

作者：時間：2011-06-24 來源：電子產(chǎn)品世界

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　　步進電機是電機家族的“嬰兒”，20 世紀60 年代早期才開始流行。最初構(gòu)想是作為昂貴的位置控制應(yīng)用中伺服電機的低成本替代產(chǎn)品，而新興的計算機工業(yè)迅速將其采用到外設(shè)應(yīng)用當中。步進電機的主要優(yōu)勢在于能提供開環(huán)位置控制，而成本只是需要反饋的伺服系統(tǒng)的幾分之一。在過去，步進電機有時被誤稱為“數(shù)字”電機，因為它們常用正交方波驅(qū)動。但是，對這些電機的這種狹隘看法常常會在以后的項目開發(fā)過程中導(dǎo)致大難題。步進電機像其它磁“模擬”電機一樣產(chǎn)生扭矩。多數(shù)步進電機的阻尼因數(shù)很低，導(dǎo)致一定步頻下的欠阻尼運行和對諧振問題的敏感度。這些問題常常使步進電機比其它電機拓撲更難對付。

本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/120775.htm

　　多數(shù)步進電機采用雙凸極設(shè)計，轉(zhuǎn)子和定子結(jié)構(gòu)上均有齒。如同BLDC 或PMSM 電機，永久磁性位于轉(zhuǎn)子上，電磁包含在定子中。多數(shù)設(shè)計包含2 個定子相位，由正交相位信號獨立驅(qū)動。驅(qū)動這些相位有許多方法，包括全步進、半步進或微步進，取決于使用的控制技術(shù)。每種情況下都會確定子磁通矢量，轉(zhuǎn)子上的磁性將嘗試與該矢量保持一致。由于轉(zhuǎn)子和定子的齒數(shù)不同，產(chǎn)生的移動或步進可能極小。對齊之后，定子電流立即按這種方式發(fā)生變化，以增加定子磁通矢量角度，從而使電機移動到下一個步進。由于多數(shù)應(yīng)用中沒有位置反饋，轉(zhuǎn)子磁通可以與定子磁通保持一致，這會產(chǎn)生無助于電機運行的定子電流。因此，步進電機沒有其它常用電機那樣有效。

　　由于多數(shù)步進電機的步進角相對較小，因此不是高速應(yīng)用的最佳選擇。某些應(yīng)用需要定子電流來完全更改每個步進的極性。與定子線圈關(guān)聯(lián)的電感通常會阻止這種變化，電流達到新水平需要一段時間。步頻較高時，電流再次變化之前可能無法完全達到穩(wěn)定狀態(tài)值。因此，驅(qū)動相位的電壓必須以更快的速度增加，以使電流變化更快。但最終會達到增益遞減點，此時就無法再進行高速運行。

　　如前所述，步進設(shè)計因其固有的低阻尼因數(shù)，常常受到共振問題的困擾。這會增加可聞噪聲，嚴重情況下還會導(dǎo)致錯誤步進。為了消除這些問題（并增加步進分辨率），步進繞線通常使用正弦波形驅(qū)動，而非方波。這時，電機稱為微步進。在微步進應(yīng)用中驅(qū)動步進的一種常用方法是，將每個線圈置于單獨的H 橋電路中，然后利用處理器中的PWM 調(diào)節(jié)正弦波形。但設(shè)計者必須記住，增加步進分辨率不一定會增加步進精度，尤其是在開環(huán)應(yīng)用中。這由兩個因素造成：

　　實際與指令轉(zhuǎn)子位置將受到電機負載影響，如步進的靜態(tài)扭矩曲線所示。實際軸角可以與指令步進角相差幾個微步進，具體取決于扭矩負載。
　　步進角精度還受制造轉(zhuǎn)子和定子結(jié)構(gòu)的電機設(shè)計和容限的影響。用于微步進應(yīng)用的步進電機制造標準較高，因此較為昂貴。但是，微步進仍常常與便宜的步進電機配合使用，僅為提高共振敏感度。