交流電機維修
步進交流電機機電磁性之魅力
時間：2011-10-22 11:49:22 來源：西安西瑪電機廠 作者： 點擊：
步進交流電機機電磁性之魅力
當我第一次把一塊強磁鐵放進一個銅管中時，我簡直不敢相信我所看到的現象。磁鐵漂浮著落下銅管，根本碰不到管壁，地球引力對它來說都不算回事，真是太神奇了!我當時急切想知道這是怎么回事。對我來說，即使是今天，這一實驗也是對三個最重要物理定律，安培定律、法拉第定律和楞次定律的最好演示。雖然我所學的專業是機械工程學(在70年代和80年代是純機械的)，但我還是被與電子機械有關的東西所吸引;所以當我于90年代初在倫斯勒理工學院時就開始了機電一體化工作。機械工程系的學生通常都不太了解麥克斯韋方程組，但對我來說它非常重要，堪與牛頓定律和質量與能量守恒定律相比肩。對機電一體化的實踐來說，電子動力學領域是重要基礎，它應該成為機電一體化課程的一部分。可令人遺憾的是，實際情況并不是這樣。
那時候在我看來，步進電動機就是機電一體化的縮影，是一個通過在開環控制下對晶體管打開和關閉來驅動的電磁機械數字執行器。利用反電勢的閉環控制也是有可能的，對一位機電一體化工程師來說還能需要什么呢?當今的世界到處都是步進電機應用，旋轉型或直線型的，其速度、功率和準確性需求都不在話下，但其成本卻是個問題。更高力矩密度、更高步進角精確度、驅動的順暢度和小型化，連同系統的集成性，是步進電機發展趨勢中令人關注的幾個方面。
步進電機的本質特征是其把開關勵磁變化轉變成轉子位置(步進)精確定義增量的能力。轉子的準確定位是通過電機固定和轉動部件之鐵齒的磁性取向來實現的。混合步進電機是最常用的類型，并且是受限制工作空間中需要小步進長度和高扭矩應用的自然選擇。線圈被安置在定子上，一塊永久磁鐵安裝在轉子上。這兩部分的轉子齒是完全錯開的，而定子齒則是完全對準的。
這是一臺混合步進電機
一般來說有八個定子極，每一定子極有兩到六個齒。有兩個線圈(相位)，每個線圈固定在四個定子極上。磁通量的主要來源是轉子永久磁鐵;在一個或兩個線圈中的直流電流沿交替途徑來引導磁通量。
現在，大多數的運動控制系統都需要高速度、高準確性和高分辨率以及對系統變化的魯棒性。運動控制系統都有時間變化和位置變化特點：慣性，粘滯摩擦，導致粘滑表現的非線性干摩擦，撓性皮帶、聯軸節和主軸的柔性變化，齒輪的間隙。理解這些現象并且使之模型化對系統的機電一體化設計來說是必不可少的。困難點是為某一運動參數，也就是為產生理想系統運動而相位被驅動的次數，來確定通常處于半步運作中的步進狀態順序。模型做得越好，面對系統變化具有穩健表現的步進狀態順序就會開發的越好。
你的應用是如何使用步進電機的?你是怎樣為運動質量和運動魯棒性生成步進狀態順序的?
如何簡化步進電機系統設計
現代步進電機驅動系統通常使用集成電路功率芯片驅動電機運轉，有時可能還會集成一些簡單的控制功能，像電流控制。有些較先進的控制芯片還集成一個狀態機，對步進電機的步進順序進行相應的控制。一般而言，步進時序和運動曲線是由一個外部微控制器或專用的ASIC邏輯電路控制的。如果需要控制多臺電機，解決辦法無非是給每臺電機安裝專用邏輯電路或者在微控制器上安裝每臺電機的控制軟件。通過在一顆芯片上集成一個數字控制內核和驅動電路，意法半導體的新產品 L6470可簡化多電機控制系統的設計。這款新IC采用電壓控制模式，能夠以1/128微步進管理用戶設置的運動曲線，而且這些操作對主微控制器的負荷影響微乎其微。在采用該控制器的系統中，因為微控制器只需向控制器發出高級運動命令，所以只用一個微控制器即可輕松管理多臺電機。
電壓控制式微步進
通常情況下，步進電機驅動電路是電流式控制設計，電流控制器監測并控制繞組電流強度。這種結構讓設計人員能夠在寬轉速范圍內保持所需的轉矩，而且電源電壓波動很小。這種設計非常適合全步和半步驅動器，而且也易于實現。很多設計人員避免在微步進驅動器中使用電壓控制方式，因為電源電壓變化導致峰流有很大變化，而且，隨著轉速提高，電機的反電動勢（EMF ）也會增強。不過，利用數字控制技術可以修正這些不利因素。
為實現這種電壓控制式驅動電路，需要利用一個PWM計數器/定時器電路來控制輸出脈寬，以數字方式設置輸出占空比。L6470通過在電機繞組上施加電壓來控制相電流。雖然不能直接控制相電流的幅度，但是，相電流與相電壓的大小、負載、轉矩、高壓電機電學特性和轉速密切相關。有效輸出電壓與電機電源電壓和KVAL系數的積成正比。KVAL的取值范圍是電源電壓的0%到100%。在微步進驅動器中，這個最大值再乘以調制指數，可產生所選步數的正弦波。峰值電壓由下面的公式得出：
本文標簽:交流電機,步進電機
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