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    無刷步進電機的振蕩和失步原因

    -2019-12-30-

    無刷步進電機的振蕩和失步是—種普遍存在的現象,它影響應用系統的正常運行,因此要盡力去避免。

    1、振 蕩

    無刷步進電機的振蕩現象主要發生于:

    無刷步進電機工作在低頻區;

    無刷步進電機工作在共振區;

    無刷步進電機突然停車時。

    1)低頻振蕩:

    當步進電動機工作在低頻區時,由于勵磁脈沖間隔的時間較長,步進電動機表現為單步運行。

    當勵磁開始時,轉子在電磁力的作用下加速轉動。在到達平衡點時。電磁驅動轉矩為零,但轉子的轉速最大.由于慣性,轉子沖過平衡點。這時電磁力產生負轉還,轉子在負轉矩的作用下,轉速逐漸為零,并開始反向轉動。當轉子反轉過平衡點后。電磁力又產生正轉矩,迫使轉子又正向轉動。如此下去,形成轉子圍繞平衡點的振蕩。由于有機械摩擦和電磁阻尼的作用,這個振蕩表現為衰減振蕩、最終穩定在平衡點。

    2) 低頻共振:

    當步進電動機的脈沖頻率接近步進電動機的固有振蕩頻率或振蕩頻率的分頻或倍頻時,會使振蕩加劇,嚴重時造成失步。

    當步進電動機工作在高頻區時,由于換相周期短,轉子來不及反沖。同時。繞組中的電流尚未上升到穩定值,轉子沒有獲得足夠的能量,所以在這個上作區中不會產生振蕩。


    2、失 步

    步進電動機的失步原因有2種:

    1)轉子的轉速慢于旋轉磁場的速度、或者說慢于換相速度。

    例:步進電動機在啟動時,如果脈沖的頻率較高,由于電動機來不及獲得足夠的能量,轉子無法跟上旋轉磁場的速度,所以引起失步。因此,步進電動機有一個啟動頻率。超過啟動頻率啟動時,肯定會產少失步。注意:啟動頻率不是一個固定值.提高電動機的轉矩、減小負載轉動慣量、減小步距角都可以提高步進電動機的啟動頻率。

    2)轉子的平均速度大于旋轉磁場的速度。這主要發生在制動和突然換向時,轉子獲得過多的能量,產生嚴重的過沖,引起失步。


    3、消除振蕩——阻尼方法:機械阻尼法和電子阻尼法


    機械阻尼法比較單一,就是在電動機軸上加阻尼器,電子阻尼法則有多種:

    1)多相勵磁法

    多相勵磁會產生電磁阻尼,削弱或消除振蕩現象,如電動機的雙三拍和六柏方式。

    2)變頻變壓法

    步進電機在高頻和在低頻時轉子所獲得的能量不一樣。在低頻時,繞組中的電流上升時間長,轉子獲得的能量大,因此容易產生振蕩,在高頻時則相反。所以,可以設計一種電路,使電壓隨頻率的降低而減小,這樣使繞組在低頻時的電流減小,可以有效地消除振蕩。

    3)細分步法

    將步進電動機繞組中的穩定電流分成若干級,每進一步,電流升一級,也相對地提高步進頻率,使步進過程平穩進行。

    4)反相阻尼法——用于步進電動機制動

    在步進電動機轉子要過平衡點之前,加一個反向作用力以平衡慣性力,使轉子到達平衡點時速度為零,實現準確制動。例如,三相步進電動機工作在單三拍,正處于B拍,并希望它停在C拍,則控制換相B-C-B-C,第二個B拍起平衡慣性力作用,而不是讓電動機走一步。









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