步进电机如何消除力距变化引起的滞后角问题

2014-03-20 12:04 来源:电子信息网 作者:兔子

我们在使用步进电机的时候会出现一种因为力距变化而引起的滞后角问题,这就会涉及到细分驱动中关于额定电流的细分。

首先,我们需要在这里简单解释一下关于细分驱动的概念。细分驱动是指在每次脉冲切换时,不是将绕组的全部电流通入或切除,而是只改变相应绕组中电流的一部分,电机的合成磁势也只旋转步距角的一部分。细分驱动时,绕组电流不是一个方波而是阶梯波,额定电流是台阶式的投入或切除。比如:电流分成n个台阶,转子则需要n次才转过一个步距角,即n细分。其最主要的优点是步距角变小,分辨率提高,且提高了电机的定位精度、启动性能和高频输出转矩;其次,减弱或消除了步进电机的低频振动,降低了步进电机在共振区工作的几率。可以说细分驱动技术是步进电机驱动器与控制技术的一个飞跃。

通常,我们在使用细分驱动的方法是改变某一相的电流,并保持另一相电流不变。在O°~45°,Ia保持不变,Ib由O逐级变大;在45°~90°,Ib保持不变,Ia由额定值逐级变为0。该方法的优点是控制较为简单,在硬件上容易实现;但所合成的矢量幅值是不断变化的,输出力矩也跟着不断变化,从而引起滞后角的不断变化。我们在这个分析中,这就是目前常用的细分方法的缺陷,那么有没有一种方法让矢量角度变化时同时保持幅值不变呢?由上面分析可知,只改变单一相电流是不可能的,那么同时改变两相电流呢?

接下来我们提出一种新的数学模型形成的驱动方法。合成矢量幅值保持不变的数学模型:当Ia=Im·cosx,Ib=Im·sinx时(式中Im为电流额定值,Ia、Ib为实际的相电流,x由细分数决定),其合成矢量始终为圆的半径,即恒力距。即Ia、Ib以某一数学关系同时变化,保证变化过程中合成矢量幅值始终不变。基于此,当细分数很大、微步距角非常小时,滞后角变化的差值已大于所要求细分的微步距角,使得细分实际上失去了意义。而等角度是指合成的力臂每次旋转的角度一样。额定电流可调是指可满足各种系列电机的要求。例如,86系列电机的额定电流为6~8 A,而57系列电机一般不超过6 A,步进电机驱动器有各种档位电流可供选择。细分为对额定电流的细分。

我们可以看出以上的方式能够实现额定电流可调的等角度恒力矩细分的驱动方法,它可以消除力由于距不断变化引起滞后角的问题。这样就能够解决了本文在一开始提出的步进电机如何消除力距变化引起的滞后角问题。


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