前言

基本信息

前言说明

根据我读的《步进电机应用技术》这本书，进行的学习过程中的知识记录和心得体会的记录。

5.3 单极驱动与双极驱动

  有关单极驱动方式与双极驱动方式，已在第2章说明，此处再举例说明。
  VR型步进电机定子磁极吸引转子时，由于转子磁极为永久磁极，有磁化的N极和S极，不论定子绕组激磁所产生极性为N极还是S极均会产生吸引力。定子磁极激磁为N极时，吸引S极性转子磁极，激磁S极性的定子磁极会吸引转子的N磁极。因此，定子磁极需要极性的切换。
  激磁定子磁极的线圈为单线圈绕组，磁极正反切换，则电流需正反向流，因此驱动电路为双极方式。磁极上绕有两个线圈组成双线圈，一个线圈直流通电产生的极性，与另一个线圈直流通电产生的极性相反，此为单极方式。图5.6表示单极方式与双钗方式的简图， 即 在 1 个 主 极 上 的 绕线方式。

  单极方式时，两个绕组同时绕制，如图5. 6所示，一个线圈的终端是另一个线圈始端，它们共用一点。单极式时， C端接电源正极、 A端接电源负极，或C端接正、 [A] 端接负的两种激磁状态下，定子主极及其前端的齿会产生相反的极性。
  单极方式必须要注意， A端子与 [A] 端子如同时通电，主极的合成磁通互相抵消，只产生线圈的铜耗。
  图5. 7表示单极和双极的两相驱动电路及其电压波形，两相式通常用两相激磁方式(通常两个相同时加激磁电压）。

  比较单极式与双极式的驱动电路，单极式驱动电路功率管用4个，线圈电流在线圈内单一方向流动。相对的双极式的驱动电路功率管的个数为单极式的2倍，需要8个。正向与反向的电流在线圈内正反向交替流过,Tr1与Tr4或Tr3与Tr2同时而且交替导通。Tr1与Tr3即使短时同时导通，也会造成电源短路，产生很大的电流，因此有必要附加防止短路
电路，双极式的驱动电路比单极的情况要复杂。
  低速时的效率双极式比较好，图5.6所示的单极式与双极式的导线线径相同，单极情况的线圈匝数为N，其电阻为R,相对双极的匝数为2倍的2N，线圈电阻也变成2R。表5, 1表示恒压驱动电路在低速时，对单极与双极驱动工作效率的比较。电流与线圈匝数之积称为安匝，与转矩成正比，两者如转速相同，输出功率也与其有比例关系。由于低速时，电
抗小，电抗如果忽略不计， V/R即为电流，与N之积VN/R变成安匝数。同样，双极电流为V/2R，匝数也为2N，此积与单极情形相同为VN/R。输人恒压驱动的情形，双极与单极比较，如表5. 1所示，电流只有单极的1/2,低速时的效率为单极的2倍。
  小型化或低速时，要产生大转矩的情况，应使用双极式驱动，但驱动电路复杂。高速驱动的情况，因双极式匝数多的关系，电感变大，使高速时电流减少，从而降低转矩，所以需要注意与单极式的转矩比较。

  图5.8为单极式步进电机及其线圈不使用中间抽头，两个线圈串联做双极式驱动的单极式与双极式的特性曲线，均采用同一恒电流驱动方式。一般低速大转矩的负载使用双极式驱动，而高速驱动应用以单极式驱动较适合。

  图 5 . 8 实际上是铜耗不同的频率 - 转矩特性 。 图5 . 9为尺 寸大小相同的HB型两相步进电机 ，用同一线径线圈绕制的单极式与双极式 铜耗、即线圈电阻与额定电流平方之积相同时的频率 - 转矩特性曲线比 较 。 双极式的匝数是单极式的两倍，电阻是单极式的两倍，电感约为单极式的四倍。
  低速时双极式的输出转矩比单极式约大5 0 % ， 但 由于电 感大的关系，脉冲频率增加时,高速转矩变小，故针对负载的大小、使用速度、加速时间等，有必要合理选择单极式或双极式的驱动应用场合。

5.4 激磁方式

  表5.2表示两相单极式步进电机的激磁方式及其特征。
  两相步进电机以基本步距角步进称为全步进驱动，其激磁方式有-1相 激 磁 方 式 和 2 相 激 磁 方 式 两 种 。 1 相 激 磁 方 式 为 按 1 相 激 磁 驱 动 顺 序来激磁。相对的，2相激磁为两个相线圈同时流人激磁电流。



  1 相激磁方式与2相激磁方式以相同电压驱动时 ， 与 2 相激磁方式比较， 1相输入电 流为2相的 1/ 2,转 矩只不过减少1/ 2 \sqrt{2} 2 ​，比2相激磁方式效率更好。但步进时的阻尼（衰减）稳定时间长些，而且输人频率与转子的共振频率相近，易产生共振，发生失步现象，故只能使用在特定的速度范围内。因此，除特殊用途外一般不使用。
  相对的，2相激磁方式，转子步进时的阻尼好，输人范围宽时仍可安全运行，通常以全步进驱动，两相步进电机半步距驱动称为1-2相激磁方式，此为一相激磁与两相激磁交互通电驱动。此时，步距角为基本步距角的1 / 2。 若1- 2相 欲得 到与2相激 磁时相同的 速度， 则输人 脉冲频 率需要2倍。转动角变小，转动变圆滑，转动时的振幅变小，常用于改善步进电机 的 振 动 。 对 位 置 精 度 控 制 而 言 ， 1 - 2 相 为 2 相 分 辨 率 的 2 倍 ， 但 其 精 度不佳，使用时要特别注意。
  对 平 均 输 入 功 率 P而 言 ， 1 相 激 磁 如 为 P， 2 相 激 磁 为 2P, 1- 2 相 激 磁则为1. 5P。速度-转矩特性与2相激磁比较，转矩变成70%左右。
  图5. 10表示1-2相激磁驱动的阻尼特性，图5. 11表示1-2相与2相激 磁 的 频 率 - 转 矩 特 性 比 较 。 暂 态 特 性 在 2 相 激 磁 时 比 1 相 激 磁 时 稳 定时间变小。

  图 5.11表示的是1.8 °步距角的56mm两相HB型步进电机半步进1-2相激磁与全步进2相激磁的速度-转矩特性比较 ， 根据比较发现 ，在130rpm-550 rpm瓦间 ， 1-2相激磁比2相激磁的转矩只不过低10 % 左右 。对1. 8 °步距角的HB型步进电机 ， 用全步进 2 相激磁运行时 ， 在60 rpm附近和在600 rpm以 上 ， 因发生共振引起了转矩急剧下降 。 而半步进1-2相激磁驱动时，全部速度范围均比较平稳，没有出现共振现象。