步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分電波形的選擇
王 英 陸永平 （哈爾濱工業(yè)大學(xué)）
1引言
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)采用細(xì)分驅(qū)動(dòng)能提高分辯率，減少力矩波動(dòng)，解決步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的低頻共振。如何選取細(xì)分電流，使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的微步距角更均勻，一直是細(xì)分技術(shù)所要解決的主要問題。本文從獲得圓型旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)來確定細(xì)分電流，找出較佳的細(xì)分方案，得到了滿意的細(xì)分效果。
2對(duì)細(xì)分電流的基本要求
對(duì)于打m相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，各相繞組之間是空間對(duì)稱的，當(dāng)通以m相對(duì)稱電流時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)和磁場(chǎng)，其中主要是基波旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)和磁場(chǎng)。理想的磁場(chǎng)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)圓型旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，由于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的空間諧波分量較豐富，要想獲得一個(gè)接近圓型的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，各相電流應(yīng)為對(duì)稱的正弦波，即：
對(duì)非正弦的電流波形，就應(yīng)盡量消除電流中的高次諧波分量。因此，對(duì)細(xì)分電流波形的基本要求是：
a．m相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的相電流的相互相角差應(yīng)是2π/m電角度。
b．相電流中基波分量要大，高次諧波分量要少。
第一條是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁勢(shì)的必要條件。對(duì)于第二條，相電流中的基波分量大，電機(jī)轉(zhuǎn)矩大；高次諧波分量少，步距細(xì)分均勻度高[1,2]。
3細(xì)分方法與幾種電流波形的比校
對(duì)m相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，一個(gè)步距為2π/m電角度。若把一個(gè)步距變?yōu)閚個(gè)微步，可把電流波形在2π/m電角度內(nèi)做n次等距細(xì)分，取各相細(xì)分點(diǎn)電流來驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)步距的n次細(xì)分。
不同的細(xì)分電流波形，會(huì)有不同的細(xì)分效果。在電流的高次諧波分量中，其主要成分是2次與3次諧波。為觀察高次諧波對(duì)步距細(xì)分均勻度的影響，選取幾種含有不同諧波成分的電流波形加以比較。
設(shè)一周期函數(shù)如圖1所示，在（o，π）區(qū)間此函數(shù)的表達(dá)式為：
為分析波形所含諧波成分，用富氏級(jí)數(shù)把此周期函數(shù)展開，則：
對(duì)圖1，只要確定x1、x2的值，就可得到不同的波形，且由式(5)可知波形所含的諧波附。附表列出了3種波形的x1與x2的取值與所含主要的諧波。
從附表可以看到波形a有較大的2次諧波，2次諧波的幅值為基波幅值的百分之25。波形b有較大的3次諧波，3次諧波的幅值為基波幅值的百分之22.2，波形c的2、3次諧波都為零，且基波分量較大。
若以波形a、b、c作為細(xì)分電流波形，從獲得較佳的細(xì)分效果的基本要求來看，波形a.b都不滿足基本要求，因?yàn)椴ㄐ蝍、b中含有較大的2次或3次諧波，2，3次諧波的存在將會(huì)使步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距細(xì)分均勻度較差。波形c滿足基本要求，它的高次諧波分量少，特別是不含有2、3次諧波。因此，它的細(xì)分效果較好，且步距細(xì)分均勻度與正弦波的步距細(xì)分均勻度相似。
4試驗(yàn)結(jié)果
用bf159075-c塑三相反應(yīng)式步進(jìn)電
動(dòng)機(jī)做細(xì)分驅(qū)動(dòng)試驗(yàn)。細(xì)分電流由微機(jī)，d/a轉(zhuǎn)換器經(jīng)驅(qū)動(dòng)線路實(shí)現(xiàn)[3]。圖2是對(duì)應(yīng)于表1的細(xì)分電流波形與正弦細(xì)分電流波形，把電流波形在120度（電角度）內(nèi)作32等距細(xì)分，取細(xì)分點(diǎn)電流輸出，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)步距的32細(xì)分。
微步距的測(cè)試裝置采用一個(gè)電磁傳感器，線圈固定在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的軸上，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)微步運(yùn)動(dòng)時(shí)，線圈切割恒定磁場(chǎng)，感應(yīng)出電壓信號(hào)，用記憶示波器記出，由此信號(hào)可觀察出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的微步運(yùn)行狀態(tài)。
圖3a、b、c、d是對(duì)應(yīng)于圖2a、b、c、d4種細(xì)分電流波形測(cè)得的試驗(yàn)曲線。這些曲線是在空載、低速時(shí)測(cè)得的。曲線中的每一個(gè)小脈沖代表一個(gè)微步。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)每一微步的角位移相同時(shí)，各小脈沖 |
