前言

基本信息

前言說明

根據我讀的《步進電機應用技術》這本書，進行的學習過程中的知識記錄和心得體會的記錄。

5.3 單極驅動與雙極驅動

  有關單極驅動方式與雙極驅動方式，已在第2章說明，此處再舉例說明。
  VR型步進電機定子磁極吸引轉子時，由於轉子磁極爲永久磁極，有磁化的N極和S極，不論定子繞組激磁所產生極性爲N極還是S極均會產生吸引力。定子磁極激磁爲N極時，吸引S極性轉子磁極，激磁S極性的定子磁極會吸引轉子的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爲單線圈繞組，磁極正反切換，則電流需正反向流，因此驅動電路爲雙極方式。磁極上繞有兩個線圈組成雙線圈，一個線圈直流通電產生的極性，與另一個線圈直流通電產生的極性相反，此爲單極方式。圖5.6表示單極方式與雙釵方式的簡圖， 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，如圖5. 6所示，一個線圈的終端是另一個線圈始端，它們共用一點。單極式時， C端接電源正極、 A端接電源負極，或C端接正、 [A] 端接負的兩種激磁狀態下，定子主極及其前端的齒會產生相反的極性。
  單極方式必須要注意， A端子與 [A] 端子如同時通電，主極的合成磁通互相抵消，只產生線圈的銅耗。
  圖5. 7表示單極和雙極的兩相驅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動電路，單極式驅動電路功率管用4個，線圈電流在線圈內單一方向流動。相對的雙極式的驅動電路功率管的個數爲單極式的2倍，需要8個。正向與反向的電流在線圈內正反向交替流過,Tr1與Tr4或Tr3與Tr2同時而且交替導通。Tr1與Tr3即使短時同時導通，也會造成電源短路，產生很大的電流，因此有必要附加防止短路
電路，雙極式的驅動電路比單極的情況要複雜。
  低速時的效率雙極式比較好，圖5.6所示的單極式與雙極式的導線線徑相同，單極情況的線圈匝數爲N，其電阻爲R,相對雙極的匝數爲2倍的2N，線圈電阻也變成2R。表5, 1表示恆壓驅動電路在低速時，對單極與雙極驅動工作效率的比較。電流與線圈匝數之積稱爲安匝，與轉矩成正比，兩者如轉速相同，輸出功率也與其有比例關係。由於低速時，電
抗小，電抗如果忽略不計， V/R即爲電流，與N之積VN/R變成安匝數。同樣，雙極電流爲V/2R，匝數也爲2N，此積與單極情形相同爲VN/R。輸人恆壓驅動的情形，雙極與單極比較，如表5. 1所示，電流只有單極的1/2,低速時的效率爲單極的2倍。
  小型化或低速時，要產生大轉矩的情況，應使用雙極式驅動，但驅動電路複雜。高速驅動的情況，因雙極式匝數多的關係，電感變大，使高速時電流減少，從而降低轉矩，所以需要注意與單極式的轉矩比較。

  圖5.8爲單極式步進電機及其線圈不使用中間抽頭，兩個線圈串聯做雙極式驅動的單極式與雙極式的特性曲線，均採用同一恆電流驅動方式。一般低速大轉矩的負載使用雙極式驅動，而高速驅動應用以單極式驅動較適合。

  圖 5 . 8 實際上是銅耗不同的頻率 - 轉矩特性 。 圖5 . 9爲尺 寸大小相同的HB型兩相步進電機 ，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 - 轉矩特性曲線比 較 。 雙極式的匝數是單極式的兩倍，電阻是單極式的兩倍，電感約爲單極式的四倍。
  低速時雙極式的輸出轉矩比單極式約大5 0 % ， 但 由於電 感大的關係，脈衝頻率增加時,高速轉矩變小，故針對負載的大小、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動應用場合。

5.4 激磁方式

  表5.2表示兩相單極式步進電機的激磁方式及其特徵。
  兩相步進電機以基本步距角步進稱爲全步進驅動，其激磁方式有-1相 激 磁 方 式 和 2 相 激 磁 方 式 兩 種 。 1 相 激 磁 方 式 爲 按 1 相 激 磁 驅 動 順 序來激磁。相對的，2相激磁爲兩個相線圈同時流人激磁電流。



  1 相激磁方式與2相激磁方式以相同電壓驅動時 ， 與 2 相激磁方式比較， 1相輸入電 流爲2相的 1/ 2,轉 矩只不過減少1/ 2 \sqrt{2} 2 ​，比2相激磁方式效率更好。但步進時的阻尼（衰減）穩定時間長些，而且輸人頻率與轉子的共振頻率相近，易產生共振，發生失步現象，故只能使用在特定的速度範圍內。因此，除特殊用途外一般不使用。
  相對的，2相激磁方式，轉子步進時的阻尼好，輸人範圍寬時仍可安全運行，通常以全步進驅動，兩相步進電機半步距驅動稱爲1-2相激磁方式，此爲一相激磁與兩相激磁交互通電驅動。此時，步距角爲基本步距角的1 / 2。 若1- 2相 欲得 到與2相激 磁時相同的 速度， 則輸人 脈衝頻 率需要2倍。轉動角變小，轉動變圓滑，轉動時的振幅變小，常用於改善步進電機 的 振 動 。 對 位 置 精 度 控 制 而 言 ， 1 - 2 相 爲 2 相 分 辨 率 的 2 倍 ， 但 其 精 度不佳，使用時要特別注意。
  對 平 均 輸 入 功 率 P而 言 ， 1 相 激 磁 如 爲 P， 2 相 激 磁 爲 2P, 1- 2 相 激 磁則爲1. 5P。速度-轉矩特性與2相激磁比較，轉矩變成70%左右。
  圖5. 10表示1-2相激磁驅動的阻尼特性，圖5. 11表示1-2相與2相激 磁 的 頻 率 - 轉 矩 特 性 比 較 。 暫 態 特 性 在 2 相 激 磁 時 比 1 相 激 磁 時 穩 定時間變小。

  圖 5.11表示的是1.8 °步距角的56mm兩相HB型步進電機半步進1-2相激磁與全步進2相激磁的速度-轉矩特性比較 ， 根據比較發現 ，在130rpm-550 rpm瓦間 ， 1-2相激磁比2相激磁的轉矩只不過低10 % 左右 。對1. 8 °步距角的HB型步進電機 ， 用全步進 2 相激磁運行時 ， 在60 rpm附近和在600 rpm以 上 ， 因發生共振引起了轉矩急劇下降 。 而半步進1-2相激磁驅動時，全部速度範圍均比較平穩，沒有出現共振現象。