步进电机增加动态转矩的解决方法

下面从速度-转矩特性考虑要增加动态转矩的解决方法。增加转矩时,根据速度的高低,其解决方法各不相同。而解决方法既有电机方面的,又有驱动电路方面的。

步进电机在低速时增加转矩的方法

  1. 选择步距角小的步进电机:在低速时转矩随转子齿数增加而变大。选择步距角小的步进电机能获得高转矩。实际上HB型转子齿数如为50齿,永久磁铁的漏磁将增加,但不会成比例,此结论在100齿以下均有效。三相HB型步进电机从1.2°(转子50齿)改为0.6°(转子100齿),约增加1.4至1.8倍的低速转矩。
  2. 双极型接线:效率能改善2倍。市场上很容易买到两相单极型或双极型步进电机,但双极型的驱动功率管比单极型的多。

步进电机在高速时增加转矩的方法

降低匝数,使L减小:在电机厂商的标准产品中选择电感L小的,额定电流会变大。下图为保持低速时输入相同,改变绕组匝数的两相HB型步进电机的速度-转矩特性的比较。在高速时,额定电流越大(安匝数相同,匝数少),电机转矩越大(电机为两相、HB型、1. 8°、56mm、长54mm)。

步进电机高转速增加转矩

永久磁铁的磁通要小:如生产厂家无法减小永久磁铁,可以增加气隙,使高速时降低反电势,增加电流,使转矩增大,使速度-转矩特性从低速到高速变成一条直线,提高高速时的转矩,同时响应频率也增加。

选择步距角大的电机:使高速时的转矩得到有效的提高,请参《电机选择:从转速来选用步进电机》中步距角0.6°和1.2°的转矩曲线。

步进电机高速运行时,在驱动电路方面提高转矩的方法

一、提高驱动电路的电压:要维持高速时的大转矩,就要保持电流不变,使斩波器工作在恒电流状态。要使电流恒定,只能提高脉冲频率。当步进电机输出转速到达一定高的速度时,由于电压限制,只能工作在恒电压状态,如果提高输入电压,则可以使其在高速时依然能工作在恒电流状态,从而提高高速时的转矩。

二、降低驱动电路关断时的电流:线圈内的电流在功率管关断时,由于电流变化率大,线圈内会产生非常大的感应电压,功率管会有被击穿的危险,通常会有保护电路,其构成如下图所示,图中①为续流二极管结构,功率管关断时,线圈产生的反电势通过续流二极管和线圈组成的闭合回路形成释放电流通路,此电流在转子中产生的转矩与转向相反,为制动转矩,使动态转矩下降。相应的,③在二极管支路串入一个电阻,降低产生制动转矩的电流。

步进电机各种驱动电路的功率电路

下图为上图中①和⑥电路对同一步进电机驱动的速度-转矩特性。驱动电路⑥为A与(杠A)相续流电路加入电阻和电容,以减少释放电流的方法。电路①和⑥的速度-转矩特性有很大区别,从此看出,驱动电路的结构对步进电机的动态转矩的影响非常大。

基于驱动电路的速度-转矩特性比较

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