步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在裝備制造業(yè)中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

黃捷建，王 軍，肖哲之

(深圳市雷賽智能控制股份有限公司，廣東深圳518052)

0 引 言

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不使用反饋裝置就可以進(jìn)行速度控制及定位控制(即開環(huán)控制)，所以這種驅(qū)動(dòng)方案既經(jīng)濟(jì)又可靠。在裝備制造業(yè)的設(shè)備、儀器中，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)已經(jīng)得到了非常廣泛的應(yīng)用。但很多用戶技術(shù)人員對如何選用適宜步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如何使步進(jìn)驅(qū)動(dòng)性能最佳發(fā)揮還是有較多疑問。本文論述了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型方法，重點(diǎn)介紹一些步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，以推動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在裝備制造業(yè)的更廣泛普及。

1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型

1.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)簡介

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)或階躍電動(dòng)機(jī)，它根據(jù)輸入的脈沖信號，每改變一次勵(lì)磁狀態(tài)就前進(jìn)一定的角度，勵(lì)磁狀態(tài)不變時(shí)則保持一定位置靜止［1］。由此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以將輸入的脈沖信號轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的角位移進(jìn)行輸出。通過控制輸入脈沖的數(shù)量可以準(zhǔn)確確定輸出的角位移以實(shí)現(xiàn)定位的功能;而通過控制輸入脈沖的頻率可以準(zhǔn)確控制輸出的角速度而達(dá)到調(diào)速的目的。因此在需要準(zhǔn)確定位或調(diào)速控制時(shí)均可考慮使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。20世紀(jì)60年代后期，各種實(shí)用性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)應(yīng)運(yùn)而生且發(fā)展較快。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)已經(jīng)能與直流電機(jī)、異步電機(jī)，以及同步電機(jī)并列，成為電動(dòng)機(jī)的一種基本類型。我國自20世紀(jì)80年代中期以來，對步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的精確模型做了大量研究工作，各種混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及驅(qū)動(dòng)器已經(jīng)在各行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有反應(yīng)式(VR型)、永磁式(PM型)、混合式(HB型)三種類型。混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)綜合了前兩種形式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，目前國內(nèi)的裝備制造業(yè)中所用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)基本都是混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。本文以下介紹的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)均指混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

圖1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由轉(zhuǎn)子(轉(zhuǎn)子鐵心、永磁體、轉(zhuǎn)軸、滾珠軸承)，定子(繞組、定子鐵心)，前后端蓋等組成。典型的兩相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的定子有8個(gè)大齒，40個(gè)小齒，轉(zhuǎn)子有50個(gè)小齒;三相電機(jī)的定子有9個(gè)大齒，45個(gè)小齒，轉(zhuǎn)子有50個(gè)小齒。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)無法直接連通電源工作，也無法直接接收電脈沖信號，它必須通過特殊的接口，即步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器來實(shí)現(xiàn)和電源、控制器的交互。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器如圖2所示，一般由環(huán)形分配器及功率放大電路組成。環(huán)形分配器接收來自控制器的控制信號。每接收到一個(gè)脈沖信號環(huán)形分配器的輸出就會(huì)轉(zhuǎn)換一次，因此，脈沖信號的有無和頻率就可以決定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的高低、加速還是減速、起動(dòng)還是停止。環(huán)形分配器還必須監(jiān)測控制器的方向信號，從而決定其輸出狀態(tài)的轉(zhuǎn)換是正序或反序，從而確定步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)向。

圖2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制原理圖

1.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的主要參數(shù)

(1)機(jī)座號:主要有35、39、42、57、86、110 等。

(2)相數(shù):步進(jìn)電動(dòng)機(jī)內(nèi)部的線圈數(shù)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相數(shù)一般有二相、三相、五相。中國使用的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以二相為主，三相也有部分應(yīng)用。日本則較多用五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

(3)步距角:對應(yīng)一個(gè)脈沖信號，電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角計(jì)算公式如下:

式中:θb為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角;m為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相數(shù);zr為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)。

按照以上計(jì)算公式，二相、三相、五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角分別是 1.8°、1.2°和 0.72°。

(4)保持轉(zhuǎn)矩:是指電機(jī)定子繞組通額定電流，但轉(zhuǎn)子沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)矩。保持轉(zhuǎn)矩是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最重要參數(shù)，是電機(jī)選型的主要依據(jù)。

(5)定位轉(zhuǎn)矩:是指電機(jī)沒有通電流的情況下，用外力轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子所需要的扭矩。該轉(zhuǎn)矩是評價(jià)電機(jī)性能指標(biāo)之一，在其它參數(shù)相同的情況下，定位轉(zhuǎn)矩越小表示“齒槽效應(yīng)”越小，對電機(jī)低速運(yùn)行的平穩(wěn)性越有利。

(6)矩頻特性:主要指牽出矩頻特性，電機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行在某一轉(zhuǎn)速時(shí)所能夠承受不失步的最大轉(zhuǎn)矩。矩頻曲線用來描述不失步的最大轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速(頻率)的關(guān)系。矩頻曲線是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的重要參數(shù)，是電機(jī)的選型主要依據(jù)之一。

(7)額定電流:保持額定轉(zhuǎn)矩，所需要的電機(jī)繞組電流有效值。

1.3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型

工業(yè)應(yīng)用中所用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度高達(dá)600～1 500 r/min，更高轉(zhuǎn)速，建議選用伺服驅(qū)動(dòng)方案較合適。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選型步驟如圖3所示。

圖3 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)選型步驟

(1)步距角的選擇

如上所述，按照電機(jī)相數(shù)不同，有三種步距角:1.8°(二相)、1.2°(三相)、0.72°(五相)。當(dāng)然五相的步距角精度最高，但其電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器價(jià)格較昂貴，所以國內(nèi)極少采用。再加上現(xiàn)在的主流步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器都采用了細(xì)分驅(qū)動(dòng)技術(shù)，在4細(xì)分以下，細(xì)分步距角精度還是可以保證的，所以如果單獨(dú)從步距角精度的指標(biāo)考慮，五相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以由二相或三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)取代。

例如，在某種導(dǎo)程為5 mm的絲桿負(fù)載應(yīng)用中，如果采用二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)器設(shè)置在8細(xì)分，則電機(jī)每轉(zhuǎn)的脈沖數(shù)為200×4=800個(gè)，脈沖當(dāng)量為5 ÷800=0.006 25 mm=6.25 μm，此精度可以滿足大部分應(yīng)用要求。

(2)靜轉(zhuǎn)矩(保持轉(zhuǎn)矩)選擇

常用負(fù)載傳動(dòng)機(jī)構(gòu)有同步帶、絲桿、齒輪齒條等，客戶需首先計(jì)算其機(jī)器負(fù)載(主要是加速轉(zhuǎn)矩加上摩擦轉(zhuǎn)矩)折算到電機(jī)軸上所需負(fù)載轉(zhuǎn)矩。然后按照電機(jī)所需最高運(yùn)行速度，分以下兩種不同使用情況，選用合適保持轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。

①對所需電機(jī)速度為300 r/min以下的應(yīng)用:如機(jī)器負(fù)載折算到電機(jī)軸上所需負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T1，則此負(fù)載轉(zhuǎn)矩再乘以一個(gè)安全系數(shù)SF(一般取1.5～2.0)，即得到所需步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的保持轉(zhuǎn)矩Tn。

②對所需電機(jī)速度為300 r/min以上的應(yīng)用:設(shè)最高轉(zhuǎn)速nmax，如機(jī)器負(fù)載折算到電機(jī)軸上所需負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T1，則此負(fù)載轉(zhuǎn)矩再乘以安全系數(shù)SF(一般取2.5 ～3.5)，即得到保持轉(zhuǎn)矩 Tn。參考表1，初選一種合適型號。然后再利用矩頻曲線進(jìn)行查驗(yàn)對比:在矩頻曲線上，用戶所需的最高轉(zhuǎn)速nmax，對應(yīng)此最高速度的最大失步轉(zhuǎn)矩為T2，則此最大失步轉(zhuǎn)矩T2需比T1大20%以上。否則，需重新選定保持轉(zhuǎn)矩大一個(gè)規(guī)格的電機(jī)，按照新選電機(jī)的矩頻曲線重新查驗(yàn)對比。

(3)電機(jī)機(jī)座號選擇:電機(jī)機(jī)座越大，其保持轉(zhuǎn)矩越大。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的常見機(jī)座號及保持轉(zhuǎn)矩范圍，如表1所示。

表1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的常見機(jī)座號及其保持轉(zhuǎn)矩

按照步驟(2)中計(jì)算得到的保持轉(zhuǎn)矩Tn，從圖4中選擇適宜的機(jī)座號及相應(yīng)電機(jī)具體規(guī)格。

(4)按照額定電流來選定配套步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器，例如，某電機(jī)57HSS22的額定電流為5 A(并聯(lián)接法)，則選配的驅(qū)動(dòng)器的允許最大電流需5 A以上(請注意是有效值而不是峰值)，否則如果選了一款最大電流僅3 A的驅(qū)動(dòng)器，則電機(jī)的最大輸出轉(zhuǎn)矩僅能60%左右。

2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)

2.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電壓等級決定其力能指標(biāo)

式中:T為轉(zhuǎn)矩;KT為轉(zhuǎn)矩常數(shù);I為繞組電流。

以上三個(gè)公式可以解釋為何步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的增大而降低:隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速n的上升，反電動(dòng)勢E越來越大;在U一定的條件下，E的增大導(dǎo)致能夠產(chǎn)生的繞組電流越來越小;所以能夠產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩也越來越小。

圖4是某電機(jī)在驅(qū)動(dòng)器不同供電電壓情況下的矩頻曲線對比。由圖4可知，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的供電電壓對電機(jī)的高速性能有較大影響。

圖4 某電機(jī)在不同電壓情況下的矩頻曲線

供電電壓為48 V時(shí)，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的上升，電機(jī)能輸出的最大轉(zhuǎn)矩在明顯變小，例如在120 r/min時(shí)，失步轉(zhuǎn)矩為6.2 N·m，但在速度高到600 r/min時(shí)，失步轉(zhuǎn)矩僅剩1.6 N·m。

兩組曲線對比可知，在低速運(yùn)行時(shí)，不同供電電壓(68 V與48 V)條件下，能產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩基本一樣;但速度在120 r/min以上，68 V供電能產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩明顯比48 V供電高。因此如需要步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度較高時(shí)，仍要求較大轉(zhuǎn)矩，需為驅(qū)動(dòng)器選用盡可能高的電壓。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)出廠時(shí)會(huì)給出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的額定電壓，此電壓其實(shí)就是電機(jī)的額定電流與電機(jī)繞組電阻的乘積。一般的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)是輸入電壓一般選定在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)額定電壓的3～25倍。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一定時(shí)，供電電壓越高，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在中高速能產(chǎn)生的力矩越大，越有利于需要高速應(yīng)用的場合，但電機(jī)的發(fā)熱隨著電壓、電流的增加而加大，所以要注意步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的溫升限值。

2.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)器的電流設(shè)定

對某種步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，在低速運(yùn)行時(shí)，其失步轉(zhuǎn)矩隨著繞組電流的增大接近成正比，這個(gè)與永磁同步電機(jī)一樣。但是隨著轉(zhuǎn)速的上升，由以上分析可知，通過電機(jī)繞組的實(shí)際電流已經(jīng)在明顯降低，所以在速度較高時(shí)，為驅(qū)動(dòng)器設(shè)定較大的電流并不能提高電機(jī)的高速性能，而且會(huì)導(dǎo)致電機(jī)溫度太高，所以電機(jī)驅(qū)動(dòng)器電流值一般設(shè)定在額定電流的70%～100%。

57HS22電機(jī)在驅(qū)動(dòng)器峰值電流設(shè)定在5.6 A時(shí)，不同轉(zhuǎn)速的繞組電流波形如圖5、圖6所示。

圖5 57HS22電機(jī)在1 r/s時(shí)的繞組電流波形

圖6 57HS22電機(jī)在15 r/s時(shí)的繞組電流波形

從圖5、圖6的比較可知:在低速時(shí)，電機(jī)繞組電流波形是標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，幅值為5.6 A左右。但隨著轉(zhuǎn)速的增加，電流波形明顯偏離正弦波，而且幅值降低很快，15 r/s時(shí)，電流幅值降低到2 A以下。

2.3 如何降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的殼體溫度

電機(jī)的損耗主要是鐵耗和銅耗。

鐵心損耗PFe:電樞鐵心中磁場交變，會(huì)產(chǎn)生渦流損耗和磁滯損耗。鐵耗隨著磁密的增大及電流的頻率增大而增大。對相同速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和交流伺服電機(jī)(以8極伺服電機(jī)為例)，前者的電流頻率是后者的12.5倍，因此前者的鐵耗比后者大很多。

綜合以上兩個(gè)方面的分析可知，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的損耗遠(yuǎn)高于伺服電機(jī)的損耗，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的效率遠(yuǎn)低于伺服電機(jī)的效率。其最直接的結(jié)果就是尺寸接近的兩種電機(jī)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的溫升一般會(huì)遠(yuǎn)高于伺服電機(jī)的溫升。例如，在工業(yè)應(yīng)用中步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的殼體溫度達(dá)到80℃以上是很常見的，而伺服電機(jī)的殼體溫度一般都在50℃以下。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)一般為B級絕緣，小部分為F級絕緣，因此電機(jī)工作在殼體溫度為90℃以內(nèi)是正常的，不會(huì)影響電機(jī)性能。

降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)殼體溫度辦法:

(1)選用厚度較薄的定轉(zhuǎn)子沖片。例如用沖片厚度為0.35 mm的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)比厚度為0.5 mm的溫升會(huì)低一些。

(2)為驅(qū)動(dòng)器選用電壓等級比較低的電源。我們曾經(jīng)做過一個(gè)對比測試:57HS13步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，驅(qū)動(dòng)器供電電源分別為36 V和48 V，電機(jī)以2 r/s的速度空載連續(xù)運(yùn)行，環(huán)境溫度為28℃。然后測試各自的殼體穩(wěn)態(tài)溫度。結(jié)果表明前者的殼體穩(wěn)態(tài)溫度為47℃，后者的溫度為58℃，區(qū)別非常明顯(但要注意中高速力矩會(huì)變小)。

(3)適當(dāng)降低驅(qū)動(dòng)器的設(shè)定電流(但要注意中低速力矩會(huì)變小)。

(4)驅(qū)動(dòng)器設(shè)定在半流狀態(tài)。在電機(jī)停止后一定時(shí)間內(nèi)(如幾百毫秒)驅(qū)動(dòng)器自動(dòng)把繞組電流減半，電機(jī)停止時(shí)銅耗降低為全流時(shí)的1/4。

2.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的不同接線方式對性能的影響

常見的二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有三種引出線:4引出線、6引出線、8引出線。工程師對4引出線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的使用很熟悉。下面重點(diǎn)介紹單極性驅(qū)動(dòng)、雙極性驅(qū)動(dòng)以及6引出線、8引出線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的使用方法。

單極性驅(qū)動(dòng)原理如圖7所示。早期的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)多為單極性驅(qū)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)電路較簡單，驅(qū)動(dòng)器成本較低，但其控制模式為每一相都由半繞組輪流通電，一半繞組沒得到充分利用，電機(jī)的力能指標(biāo)相應(yīng)較小。

圖7 單極性驅(qū)動(dòng)原理圖

雙極性驅(qū)動(dòng)如圖8所示。目前步進(jìn)電動(dòng)機(jī)多為雙極性驅(qū)動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是繞組得到充分利用，電機(jī)的力能指標(biāo)較高。缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)器所需元件比單極性驅(qū)動(dòng)多一些，但目前電子器件價(jià)格已較低，所以雙極性動(dòng)器與單極性驅(qū)動(dòng)器成本已很接近。

圖8 雙極性驅(qū)動(dòng)原理圖

(1)6引出線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可采用以下三種驅(qū)動(dòng)模式:單極性驅(qū)動(dòng)、雙極性驅(qū)動(dòng)半繞組(高速模式)、雙極性驅(qū)動(dòng)全繞組(高力矩模式)。

(2)8引出線步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可采用以下三種驅(qū)動(dòng)模式:單極性驅(qū)動(dòng)、雙極性驅(qū)動(dòng)并聯(lián)接法、雙極性驅(qū)動(dòng)串聯(lián)接法。

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不同的接線模式參如圖9所示。不同的接線模式，驅(qū)動(dòng)器的電流設(shè)置不同。很多電機(jī)廠的6線和8線電機(jī)的圖紙僅給出單極性接法的額定電流，實(shí)際應(yīng)用中，不同接法具體步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器電流的設(shè)置方法如下:

4線電機(jī):輸出電流為電機(jī)額定電流值(實(shí)際應(yīng)用為降低電機(jī)溫度，略小于電機(jī)額定電流值)。

6線電機(jī)高速模式:輸出電流為電機(jī)單極性接法額定電流的100%。

6線電機(jī)高力矩模式:輸出電流為電機(jī)單極性接法額定電流的50%。

8線電機(jī)并聯(lián)接法:輸出電流為電機(jī)單極性接法額定電流的100%，高速性能好。

8線電機(jī)串聯(lián)接法:輸出電流為電機(jī)單極性接法額定電流的50%，低速力矩大。

圖10是某8線電機(jī)在并聯(lián)接法與串聯(lián)接法的矩頻曲線對比。

圖10 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在并聯(lián)接法與串聯(lián)接法的矩頻曲線對比

圖10表明，串聯(lián)接法的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的提高，失步轉(zhuǎn)矩急劇下降，在速度為3 r/s時(shí)，轉(zhuǎn)矩已經(jīng)下降到0.4 N·m(不到保持轉(zhuǎn)矩的1/3)。因此，當(dāng)電機(jī)所需的最高轉(zhuǎn)速高于2 r/s時(shí)，建議用并聯(lián)接法來保證電機(jī)有足夠的輸出轉(zhuǎn)矩。裝備制造業(yè)所用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)絕大部分為并聯(lián)接法。

2.5 三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)

與二相電機(jī)比較，三相電機(jī)的主要優(yōu)點(diǎn)如下:(1)步距角小，分辨率更高，為二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的1.5倍，能進(jìn)行高精度定位。

(2)相同尺寸的電機(jī)，三相比二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)矩，加速性能較好。

(3)兩相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)受到激磁電流的三次諧波影響，而三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的三次諧波由三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的構(gòu)造抵消，所以與二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相比，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)噪聲較小。

(4)齒槽轉(zhuǎn)矩比二相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)小，所以三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)低速平穩(wěn)性較好。

正因?yàn)槿嗖竭M(jìn)電動(dòng)機(jī)具有以上優(yōu)點(diǎn)，價(jià)格僅比兩相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)的價(jià)格略高一點(diǎn)，所以近幾年三相步進(jìn)驅(qū)動(dòng)呈現(xiàn)越來越快的增長勢頭。

2.6 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的低頻共振問題

細(xì)分步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器是降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)低頻共振的有效方法。在150 r/min以下，細(xì)分驅(qū)動(dòng)對降低電機(jī)振動(dòng)效果是很明顯的。理論上，細(xì)分越大，對降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)效果越好，但實(shí)際情況是，細(xì)分增大到8或16以后，對降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)振動(dòng)的改善效果就已經(jīng)達(dá)到極致了［2］。

近幾年國外已有抗低頻共振的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器上市，目前國內(nèi)也有雷賽的DM、AM系列產(chǎn)品，采用了抗低頻共振技術(shù)。該系列驅(qū)動(dòng)器利用諧波補(bǔ)償，通過幅值、相位的匹配補(bǔ)償，可以極大程度地降低步進(jìn)電動(dòng)機(jī)低頻振動(dòng)，實(shí)現(xiàn)電機(jī)低振動(dòng)低噪聲運(yùn)行。

2.7 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分對定位精度的影響

步進(jìn)電動(dòng)機(jī)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路不但可以提高裝備運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，而且可以有效地提高裝備的定位精度。試驗(yàn)表明:在同步帶傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平臺上，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)4細(xì)分時(shí)，電機(jī)每步都可以準(zhǔn)確定位。

3 結(jié) 語

本文從工程應(yīng)用角度出發(fā)，給出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選型方法，以及諸多步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)?？梢詭椭夹g(shù)人員更好、更有效率地選擇和使用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。對推動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在裝備制造業(yè)的應(yīng)用與普及有一定參考作用。

［1］ 程樹康，劉寶廷.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)及其驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)［M］.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2007.

［2］ 李勁松，左力.步進(jìn)電機(jī)細(xì)分?jǐn)?shù)對運(yùn)動(dòng)平臺性能影響的研究［J］.伺服與運(yùn)動(dòng)控制，2008(3):49-50.