時(shí)間:2007-03-14 14:05:00來(lái)源:jiangf
圖1 外形尺寸的對(duì)比
(a)86BH250B型?。╞)90BH550B型
Fig.1 Comparison of outline dimensions
(2)保持轉(zhuǎn)矩特性如圖2所示,二種電機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩基本相近,在同樣額定電流3A時(shí),二相電動(dòng)機(jī)稍大一些。
圖2 樣機(jī)保持轉(zhuǎn)矩實(shí)驗(yàn)曲線
(a)86BH250B型?。╞)90BH550B型
Fig.2 Measured holding torque of sample motors
(3)牽出轉(zhuǎn)矩特性如圖3所示,在較低頻段(≤2000pps),二相電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩稍高一些,在頻率較高時(shí)則比五相電動(dòng)機(jī)的
圖3 樣機(jī)牽出特性實(shí)驗(yàn)結(jié)果
(a)86BH250B型 (b)90BH550B型
Fig.3 Measured pullout torque of sample motors
(4)定位轉(zhuǎn)矩。實(shí)測(cè)五相電動(dòng)機(jī)TD5=0.1N.m,二相電動(dòng)機(jī)TD2=0.15N.m,為同一數(shù)量級(jí)。
(5)步距精度[5]。一轉(zhuǎn)范圍內(nèi)步距角的實(shí)測(cè)結(jié)果如圖4所示,可看出二種電機(jī)步距誤差相近。
圖4 樣機(jī)步距角實(shí)驗(yàn)曲線
Fig.4 Measured step angle of sample motors
(6)單步響應(yīng)特性[6,7]。恒流驅(qū)動(dòng)的五相電機(jī)半步方式時(shí)有明顯的輕重步現(xiàn)象;二相電機(jī)20狀態(tài)運(yùn)行時(shí),有五步一循環(huán)的特點(diǎn),但較為均勻。
(7)振動(dòng)特性[8]。圖5示二相電機(jī)初步改進(jìn)后的振動(dòng)特性,除了低頻和中頻段尚有需要進(jìn)一步改進(jìn)之處,此外,運(yùn)行都很平穩(wěn)。
圖5 初步改進(jìn)后二相20狀態(tài)振動(dòng)
特性實(shí)測(cè)曲線(86BH250B)
Fig.5 Measured vibration characteristic of
two-phase motor operating at twenty logic-states
8)驅(qū)動(dòng)器。二相電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器比五相電動(dòng)機(jī)的成本有所降低。
以上對(duì)比表明,讓86BH250B型二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)20狀態(tài)運(yùn)行時(shí),可以替代90BH550B型五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),且有更高的性能價(jià)格比。實(shí)踐表明了能為用戶所接受并感到滿意,再做一些仔細(xì)的完善工作,情況會(huì)更好。
3 統(tǒng)一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)齒數(shù)的研究
用一個(gè)具體例子來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題:我國(guó)在70年代發(fā)展了自己的磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)系列產(chǎn)品,有較好的性能指標(biāo)。在1983年開(kāi)始發(fā)展經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床時(shí)采用了定子6極轉(zhuǎn)子80個(gè)齒的110BF003型磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),半步方式運(yùn)行時(shí)步距角為0.75°,為了發(fā)展我國(guó)的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品,不得不設(shè)計(jì)了一種定子8極轉(zhuǎn)子60齒的110BYG001型(110BH260)二相(四相)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),安裝尺寸與磁阻式電動(dòng)機(jī)一樣,性能指標(biāo)則稍高一些,這種電動(dòng)機(jī)于1986年開(kāi)始生產(chǎn)后占領(lǐng)了一定的應(yīng)用市場(chǎng)。它與主流產(chǎn)品110BH250型電動(dòng)機(jī)相差不多,可是又不能替代,制造廠家如果不生產(chǎn)這種產(chǎn)品就不能滿足用戶的需要,要求用戶改變已經(jīng)定型的整機(jī)結(jié)構(gòu)是很難的,制造廠家生產(chǎn)這種電機(jī)使規(guī)格品種增加,是一種不得已的事情。
微步驅(qū)動(dòng)技術(shù)是控制電流波形為正弦階梯波,一個(gè)齒距為一個(gè)周期,一個(gè)周期內(nèi)的階梯數(shù)便是通電狀態(tài)數(shù)n1,通常電流波形正負(fù)半波對(duì)稱,所以n1為偶數(shù)步距角,
n1=2k k=2,3,4,5,… (1)
(2)
轉(zhuǎn)子齒數(shù)Zr=50的電動(dòng)機(jī),齒距角θt=7.2°,步距角為
(3)
可見(jiàn),得不出60齒電動(dòng)機(jī)0.75°/1.5°的步距角。
本文提出一種“分?jǐn)?shù)通電狀態(tài)數(shù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)”可解決上述困難,仍舊是采用電流型驅(qū)動(dòng)器,應(yīng)用電流波形控制技術(shù),讓電流波形按所要求的步距角變化,并不要求正弦波在一個(gè)齒距內(nèi)有整數(shù)個(gè)階梯,只要求在若干個(gè)齒距內(nèi)有整數(shù)個(gè)階梯,在有限齒距數(shù)范圍內(nèi)形成循環(huán)就可以。
仍以上述例子為例,0.75°的步距角,對(duì)Zr=50的電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō),對(duì)應(yīng)的電角度為
θbe=Zrθb=50×0.75°=37.5°電角度 (4)
只要讓二相電動(dòng)機(jī)的電流按照 (5)
的階梯波形變化時(shí),合成電流或合成轉(zhuǎn)矩的相量隨著階梯(k1值)變化按圖6所示相量的順序變化??梢钥闯鱿噜徬嗔块g的平角為37.5°電角度,對(duì)應(yīng)的機(jī)械角即為0.75°,也就是說(shuō),在Zr=50的電動(dòng)機(jī)上,獲得與Zr=60電動(dòng)機(jī)一樣的步距角,只是一個(gè)齒距不是步距角的整倍數(shù)。
圖6 合成電流或合成轉(zhuǎn)矩的相量隨著階梯(k1值)變化圖
Fig.6 Resultant current or torque phase diagram
at different current steps
按照一般的說(shuō)法,n1稱為通電狀態(tài)數(shù),一般為整數(shù),而且都是偶數(shù),這里則是一個(gè)小數(shù),所以稱為“分?jǐn)?shù)通電狀態(tài)數(shù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)”。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的邏輯通電狀態(tài)必需形成循環(huán),才能保證電動(dòng)機(jī)持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn),不能以一個(gè)齒距為循環(huán)周期,以幾個(gè)齒距為循環(huán)周期也不要緊,如上述例子,經(jīng)五個(gè)齒距可形成循環(huán),因此它的實(shí)際通電狀態(tài)數(shù)是五個(gè)齒距內(nèi)的步距數(shù)。
可以看出,運(yùn)用所提出的分?jǐn)?shù)通電狀態(tài)數(shù)驅(qū)動(dòng)技術(shù),按式(5)來(lái)設(shè)定電流波形,就可以得到任意要求的步距角。只要在有限數(shù)的齒距內(nèi)能形成循環(huán),這種步距角的驅(qū)動(dòng)就能實(shí)現(xiàn)。為統(tǒng)一步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的齒數(shù)提供了基礎(chǔ)。
4 關(guān)于磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)
在國(guó)外,混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)開(kāi)始時(shí)一起發(fā)展,已逐步發(fā)展成以混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為主流的格局。在我國(guó)則不同,一直以磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為主,在這方面做的工作較多,為廣大國(guó)內(nèi)用戶所熟悉,混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)到80年代后期才逐步發(fā)展起來(lái),歷史較短,不少人還不十分熟悉它。隨著混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和驅(qū)動(dòng)器技術(shù)及生產(chǎn)的發(fā)展,性能不斷提高,成本有所下降,從性能價(jià)格比的角度應(yīng)能為更多的人所接受。但是要為原有磁阻式電動(dòng)機(jī)用戶接受的較大障礙是步距角不兼容。
如前所述,1986年時(shí)不得不設(shè)計(jì)一種轉(zhuǎn)子60齒的二相(四相)混合式電動(dòng)機(jī),去取代轉(zhuǎn)子80齒的三相磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),就是為了達(dá)到步距角兼容的目的。我國(guó)磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以轉(zhuǎn)子40齒的三相為主,用二相50齒的混合式電動(dòng)機(jī),按照一般微步驅(qū)動(dòng)的概念,做不到步距角的兼容?,F(xiàn)在按照所提出的分?jǐn)?shù)通電狀態(tài)數(shù)驅(qū)動(dòng)技術(shù)的方法,幾乎可以獲得所有要求的步距角,問(wèn)題就不難解決了。
5 結(jié)論
(1)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品由于結(jié)構(gòu)類型、相數(shù)、極數(shù)和齒數(shù)的不同而規(guī)格品種繁雜,是一種發(fā)展尚不成熟的現(xiàn)象。向通用型統(tǒng)一的產(chǎn)品方向邁進(jìn),有利于技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展,符合事物的客觀規(guī)律。
(2)縱觀步進(jìn)電動(dòng)機(jī)發(fā)展的歷史及現(xiàn)狀,以轉(zhuǎn)子50齒的二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為主體,提高它的通用性,逐步盡量多地替代其他相數(shù)、轉(zhuǎn)子齒數(shù)的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī),簡(jiǎn)化產(chǎn)品結(jié)構(gòu),是最為現(xiàn)實(shí)的途徑。
(3)電流型驅(qū)動(dòng)技術(shù)的發(fā)展,為統(tǒng)一混合式電動(dòng)機(jī)的相數(shù)提供了基礎(chǔ)。初步的實(shí)踐表明,用二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)取代五相電動(dòng)機(jī)是切實(shí)可行的。
(4)本文提出的分?jǐn)?shù)通電狀態(tài)數(shù)驅(qū)動(dòng)技術(shù),使得轉(zhuǎn)子50齒的二相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)幾乎可以按所有要求的任何值的步距角運(yùn)行,使得與其他轉(zhuǎn)子齒數(shù)(如Zr=60)的混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及磁阻式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角兼容成為可能。
作者簡(jiǎn)介:程 智 1970年生,博士學(xué)位,現(xiàn)為浙江大學(xué)博士后,主要從事步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行理論及驅(qū)動(dòng)技術(shù)的研究,發(fā)表論文10余篇。
作者單位:王宗培 孫寶奎(哈爾濱工業(yè)大學(xué) 150001)
程 智?。ㄕ憬髮W(xué) 310027)
任 雷?。ㄇ迦A大學(xué) 100084)
參考文獻(xiàn)
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