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微型電機的細分控制技術

來源: 發布日期:2019-3-18  9:53:00 點擊:400

  微型電機是一種廣為使用的執行元件,應用于各種自動化的控制系統之中,其精度要求達到納米級別,微型電機的結構對系統的穩定性有非常高的要求。傳統的電機控制技術根本滿足不了設計要求,而電機細分技術從一定程度上解決了微型電機廠存在的潛在問題。

  一  認識微型電機

  微型電機是一種將電脈沖轉化為角位移的執行機構。當微型驅動器接收到一個脈沖信號,它就驅動微型電機按設定的方向轉動一個固定的步距角,它的旋轉是以固定的角度一步一步運行的。所以我們可以很容易通過控制脈沖個數來控制電機轉動的角度,同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉動的速度和加速度。

  常用的微型電機主要有三種類型:可變磁阻式,永磁式和混合式三種?勺兇抛枋接苫镜霓D子和定子組成,轉子開有齒或槽,在定子磁場中總是轉向磁阻最小的位置,能產生中等轉矩,步距角為0.9°~ 15°。永磁式微型電機的轉子是用圓柱形永磁鐵制作,上面有齒或者槽。轉矩比較小,具有保持力矩,步距角7.5°~90°,廣泛用于計算機外圍設備和儀器儀表行業;旌鲜轿⑿碗姍C則綜合了永磁式微型電機和可變磁阻式電機的優點,混合式步進電動機產生的轉矩大,斷電時具有保持力,步距角大約為0.9°~15°。

  二 要細分的原因

  看到很多人說對微型電機進行細分是為了提高定位精度,其實這并不是最主要的因素。細分實際上是能夠大大提高電機的運轉性能,以二相混合式微型電機為例,如果電機額定電流是5A,采用常規驅動方式時,電機每運行一次,其繞組能相電流將從0突變至5A或從5A變為0,這種電流的突然變化,勢必會引起電機運行的振動。若采用細分技術,如果是50細分的話,電機沒運行一步,其繞組能電流變化只要0.1A,這樣可以大大改善電機的振動情況。同時細分后,電機的輸出力矩實際上是增加的,特別是對于三相式反應時電機,其力矩比不細分時提高約30-40%,提高了電機的分辨率,減少了步距角,調高了步距的均勻度,所以對微型電機進行細分真可謂是好處多多。

  三 細分控制技術實現方法

  以兩相反應式微型電機為例,若電機拍數為N,每秒輸入f個脈沖時,轉子的轉速為,在f不變的情況下,改變N,則轉速改變,電機細分后N增加,增加其運行拍數,從而減少步距角,這樣便使得電機運行的轉速下降,為了保持電機的正常工作運行速度,需要增加相應的脈沖個數。

  如果每次輸入脈沖切換時,改變的只是對應繞組中額定電流的一部分,那么轉子的每步轉動也只會是原有步距角的一部分。額定電流分成以多少個級別進行切換,轉子就以多少步來轉完一個原有的步距角,通過對微型電機的相電流進行階梯化控制,使電機以更小的單位步距角運行,從而減小步長和低頻振蕩。簡言之細分驅動的思想是把原來簡單的對轉子電流的通斷過程改變為逐漸的改變各相繞組的電流大小和方向,使電機內部的空間合成磁場逐步改變,這樣就能把原來的一個步距角的通電方式改變成為跟隨電流的階梯波,變成多步。由于一般使用的斬波器的頻率很高,所以在每個階段電流的波動時可以忽略的,近似為可看做直流輸出。

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