五相混合式步進電動機走步均勻性分析

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式中N—每相繞組的串聯匝數；NI—每相繞組的磁動勢；Z2—轉子的齒數；θ—矩角；Ad—直軸磁導；Aq—交軸磁導。
　　電磁轉矩最大值Tmax與每相繞組磁動勢(或相電流)的平方成正比，所以步進電動機屬于對繞組電流十分敏感的傳動電動機。

　　主電路如圖1示，下橋臂電流恒定值固定為相繞組額定電流的兩倍2I。以半步運行為例，4-5勵磁的20種通電狀態中4相勵磁與5相勵磁交替進行，根據環分控制邏輯不難分析，主電路穩態等值電路基本結構為4拍一循環，所以單步響應特性也是4拍一循環。混合式步進電動機的驅動控制主要體現為對轉矩矢量的控制，而繞組電流又直接與轉矩相關。以一相繞組通以額定電流I產生的定位轉矩T為基準，首先分析相鄰4拍 繞組電流及其相應派生定位轉矩矢量的變化規律。
　　
　　派生定位轉矩矢量為：
　　
　　派生定位轉矩矢量為
　　
　　派生定位轉矩矢量為
　　?
　　
　　從以上分析可以看出：派生定位轉矩矢量變化不均勻，表現在大小上不一樣，轉矩波動相當明顯，最大值是最小值的2.15倍；相位變化也不均勻，5相勵磁產生了附加步距誤差。這些因素反映在步進電動機低頻運行時，走步有明顯的“強”“弱”或“重”“輕”，加劇了電機的低頻震蕩，這對低速工作是不利的，另外步矩角的不均勻也影響到系統的脈沖當量。

　　若改下橋臂恒流斬波的電流恒定值隨繞組勵磁狀態變化，可以改善定位轉矩矢量變化的均勻性。具體分析如下。
　
　　條件：B相下橋臂恒流斬波的電流恒定值為2I；D相下橋臂恒流斬波的電流恒定值為1.5I。各相繞組電
　　
　
　　條件：D相下橋臂恒流斬波的電流恒定值為2I；B相下橋臂恒流斬波的電流恒定值為1.5I。各相繞組電
　　
　　條件：D相下橋臂恒流斬波的電流恒定值為2I；A、E相下橋臂恒流斬波的電流恒定值為I；各相繞組電
　　
　　由以上分析不難看出，派生定位轉矩矢量變化的均勻性得到較大改善，轉矩波動相當小，最大值僅是最小值的1.11倍，且無附加步距誤差。

　　按照改進方案，每相下橋臂恒流斬波的電流恒定值隨繞組勵磁狀態變化，在下橋臂開通時根據勵磁狀態不同有I、1.5I和2I三種取值，電路如圖3，通過開關切換改變電阻分壓值得到所要求的電流設定值。模擬開關k1a和k2a可采用CD4066集成電路實現。

　　
　　由式(1)可確定電阻R?0和R?1的阻值。
　　k1ak2a=10時，比較器U“+”端門限值為
　　
　　由上式可確定電阻R3的阻值。
　　表1為整個五相電流控制開關與環分信號對應的開關真值表。某相下橋臂未開通時，表中的邏輯值為隨意值。開關真值表可結合環分信號用EPROM或CPLD等器件來實現。