步進(jìn)電機(jī)單極驅(qū)動與雙極驅(qū)動比較

發(fā)布時間:2023-08-07
vr型步進(jìn)電機(jī)定子磁極吸引轉(zhuǎn)子時,由于轉(zhuǎn)子磁極為永久磁極,有磁化的n極和s極,不論定子繞組激磁所產(chǎn)生極性為n極還是s極均會產(chǎn)生吸引力。定子磁極激磁為n極時,吸引s極性轉(zhuǎn)子磁極,激磁s極性的定子磁極會吸引轉(zhuǎn)子的n磁極。因此,定子磁極需要極性的切換。
激磁定子磁極的線圈為單線圈繞組,磁極正反切換,則電流需正反向 流因此驅(qū)動電路為雙極方式。磁極上繞有兩個線圈組成雙線圈,一個線圈直流通電產(chǎn)生的極性,與另一個線圈直流通電產(chǎn)生的極性相反,此為單極方式。下圖表示單極方式與雙極方式的簡圖,即在1個主極上的繞線方式。
單極方式時,兩個繞組同時繞制,如上圖所示,一個線圈的終端是另一個線圈始端,它們共用一點(diǎn)。單極式時,c端接電源正極、a端接電源負(fù)極,或c端接正、a端接負(fù)的兩種激磁狀態(tài)下,定子主極及其前端的齒會產(chǎn)生相反的極性。
單極方式必須要注意,a端子與“杠a”端子如同時通電,主極的合成磁通互相抵消,只產(chǎn)生線圈的銅耗。
下圖表示單極和雙極的兩相驅(qū)動電路及其電壓波形,兩相式通常用兩相激磁方式(通常兩個相同時加激磁電壓)。
比較單極式與雙極式的驅(qū)動電路,單極式驅(qū)動電路功率管用4個,線圈電流在線圈內(nèi)單一方向流動。相對的雙極式的驅(qū)動電路功率管的個數(shù)為單極式的2倍,需要8個。正向與反向的電流在線圈內(nèi)正反向交替流過,tr1與tr4或tr3與tr2同時而且交替導(dǎo)通。tr1與tr3即使短時同時導(dǎo)通,也會造成電源短路,產(chǎn)生很大的電流,因此有必要附加防止短路電路,雙極式的驅(qū)動電路比單極的情況要復(fù)雜。
低速時的效率雙極式比較好,第一張圖所示的單極式與雙極式的導(dǎo)線線徑相同,單極情況的線圈匝數(shù)為n,其電阻為r,相對雙極的匝數(shù)為2倍的2n,線圈電阻也變成2r。下表表示恒壓驅(qū)動電路在低速時,對單極與雙極驅(qū)動工作效率的比較。電流與線圈匝數(shù)之積稱為安匝,與轉(zhuǎn)矩成正比,兩者如轉(zhuǎn)速相同,輸出功率也與其有比例關(guān)系。由于低速時,電抗小,電抗如果忽略不計,v/r即為電流,與n之積vn/r變成安匝數(shù)。同樣,雙極電流為v/2r,匝數(shù)也為2n,此積與單極情形相同為vn/r。輸入恒壓驅(qū)動的情形,雙極與單極比較,如下表所示,電流只有單極的1/2,低速時的效率為單極的2倍。
小型化或低速時,要產(chǎn)生大轉(zhuǎn)矩的情況,應(yīng)使用雙極式驅(qū)動,但驅(qū)動電路復(fù)雜。高速驅(qū)動的情況,因雙極式匝數(shù)多的關(guān)系,電感變大,使高速時電流減少,從而降低轉(zhuǎn)矩,所以需要注意與單極式的轉(zhuǎn)矩比較。
下圖為單極式步進(jìn)電機(jī)及其線圈不使用中間抽頭,兩個線圈串聯(lián)做雙極式驅(qū)動的單極式與雙極式的特性曲線,均采用同一恒電流驅(qū)動方式。一般低速大轉(zhuǎn)矩的負(fù)載使用雙極式驅(qū)動,而高速驅(qū)動應(yīng)用以單極式驅(qū)動較適合。
上圖實(shí)際上是銅耗不同的頻率-轉(zhuǎn)矩特性。下圖為尺寸大小相同的hb型兩相步進(jìn)電機(jī),用同一線徑線圈繞制的單極式與雙極式,銅耗即線圈電阻與額定電流平方之積相同時的頻率-轉(zhuǎn)矩特性曲線比較。雙極式的匝數(shù)是單極式的兩倍,電阻是單極式的兩倍,電感約為單極式的四倍。
低速時雙極式的輸出轉(zhuǎn)矩比單極式約大50%,但由于電感大的關(guān)系,脈沖頻率增加時,高速轉(zhuǎn)矩變小,故針對負(fù)載的大小、使用速度、加速時間等,有必要合理選擇單極式或雙極式的驅(qū)動應(yīng)用場合。
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