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1、国家职业资格全国统一鉴定 维修电工论文 （国家职业资格二级） 论文题目：浅谈五相混合式步进电动机起动 姓 名： 身份证号： 准考证号： 所在省市： 江苏省连云港市 所在单位： 浅谈五相混合式步进电动机起动 XXXXXX 【内容摘要】【内容摘要】五相混合式步进电动机的特性，需要结合电动机本身结构 和参数的特点以及它的驱动电路的具体情况来进行研究。考虑了这种驱 过程是决定绕组切换过程的重要因素之一。同时，由于各相绕组星接公 共点对地电位的变化，使得一相绕组的端电位不是常数。这些都重要在 计算中加以考虑，这使计算过程复杂化。 【关键词关键词】 五相混合式 步进电动机 起动 五相混合式步进电动机的起动

2、特性。需要结合电动机本身结构和参 数的特点以及它的驱动电路的具体情况来进行研究。本文的研究针对典 型结构的五相混合式步进电动机(1).它采用星接桥式逆变器驱动方式， 这种逆变器的拓扑结构如图 1 所示。 一、桥式逆变器的工作情况 图 1 表明.该逆变器的每个桥竹元件 SK 均由二个开关元件 VK。与 VK2 反并联构成。 1.正向续流路径 2.反向续流路径 它是双向导通二断元件。在某一时刻，SK 只能处于正通、反通或关断 中的一种状态。同时 V K2 导通时 VK 必然关断。因此,SK 受二个变量 控制，一个是 VK:的基极偏置信号，即逻辑控制脉冲，另一个是 VK2 的偏置。即绕组电流的状况。

3、 研究起动问题时，逆变器工作于低、中频段，工作过程如下:当 SK 正通(VK.导通)。SK 必然关断，VK2 反偏，K 相绕组开始建立正向电流; 当逻辑控制脉冲使 SK 关断时，K 相绕组开始续流，V K2 变成正偏。当 按控制脉冲 VK 基极应正偏时，若 K 相绕组续流不结束，SK 也不能正 通。一旦 sK 正通，K 相绕组电流就开始反向建立，其工作过程同前。 可见，绕组电流的下降沿(续流)，影响桥臂元件的正向导通，从而 影响绕组电流的建立，这与其它形式的驱动器不同，所以在计算中必须 正确考虑续流过程的影响。此外，五相绕组的星接公共端点 n 的电位 Vn(如图 1 所示)不是一个恒定值，它随

4、通电状态的改变而变化。这要影 响每相绕组电路的端电压，也是与以往其它婚式驱动器的不同蓉缨黝三 计算中要格外加以考虑。 对于半步(4-5)通电方式，可得出如下规律:不计开关时间，半步 方式的续流过程，总是并始于五相通电向四相通电转换的时刻。若续 流时间 t。不超过半步时间，则 VK:或 VK:的导通，仅取决于逻辑控制 脉冲。若 tctsh，则 VK:或 VK 的导通，不仅取决于逻辑控制脉冲， 而且还取决于 K 相绕组续流的结束。 二、基本假定与说明 在计算起动矩频特性时，给定一些条件和假定如下: (1)混合式步进电动机用桥式逆变器驱动，绕组为五相星形接法。逆 变器采取调频调压工作方式。在给定频率

5、 l 运行时，逆变器直流输入端 电压 V d。是定值，并认为是一个理想电压源。 (2)起动频域属于低、中频段，因而开关元件的开关时间可以不计。 (3)带恒定负载转矩， 其作用方向始终与角速度或角位移的正方向相 反。 (4)矩角特性为正弦波形，最大静转矩与绕组电流成正比。 (5)五相绕组认为是对称的，即各相绕组的参数相同。每相绕组的自 感及相绕组之间的互感分别用它们的平均值表示，认为与转子位置无 关，对于混合式电动机是一符合实际的。 三、基本方程式 起动矩频特性的计算，归结为电动机运动方程式的求解。该方程式 为（1） ： 式中 T同步电磁转矩的瞬时值 TI负载转矩折算到电机轴上的瞬时值 Tr阻尼

6、转矩瞬时值，包括电磁阻尼和机 械阻尼转矩等 Tf 摩擦转矩的瞬时值 J转动部分的惯量，为转子惯量(Jr) 与负载惯量(Jl)之和 Q转子的机械角位移 该二阶微分方程可以化为一个一阶微分方程组: 阻尼转矩 T，是一个比较复杂的参数。它包括机械的阻尼转矩和电磁阻 尼转矩，后者包括旋转引起的铁心损耗的影响，以及旋转电压在绕组中 引起的电阻功耗相对应的分量.在一定条件下可能是一个主要部分， 表达 式为2): 四、起动矩频特性计算 用 FORTRAN 语言编制结构化程序，在 PC 计算机上计算。矩频特 性曲线主要计算过程的结构化程序流程图如图 2 所示4)。 前面已指出， 绕组的续流影响着桥臂元件的正向

7、导通。.从图 1 所示 的续流路径可以看出，续流不结束，即使逻辑控制脉冲 PH 到来.三极管 也不会导通。只有续流结束时.在 PH 的作用下，三极管才能导通，即三 极管的导通时间。 从而绕组电流的建立要根据 PH 和续流过程共同决定。 因此， 在计算中如要正确地计算绕组的端电压 V K,就必须在程序中计及 续流的影响。图 3 所示是判断一相的三极管的工作状态: 起动矩频特性实测结果示例 负载惯量 （） 负载 （） 起动频率 （） 转子惯量 图中还给出了忽略相间互感时的计算结果，这时误差相当大，要比实测 值(一定负载下的起动频率)大 30%-100%。 五、结论 本文研究了在星接桥式升频升压驱动器驱动下五相棍合式步进电动 机的 e 动矩频特性的计算。考虑了这种驱动器功放桥的拓扑结构的特殊 性，续流过程是决定绕组切换过程的重要因素之一。同时，由于各相绕 组星接公共点对地电位的变化，使得一相绕组的端电 a 不是常数。这些 都禽要在计算中加以考虑，这使计算过程复杂化。 应用本文建立的较为简化的数学模型，计算五相混合式电动机的起 动矩频特性是合适的。它使计算过程比较简单，又保证了计算结果的精 度，计算结果与实侧值相当一致。计算结果还表明，对单段式的五相棍 合式步进电动机来说，相间互感不能忽略。忽略相间互感会引起较大的 计算误差。 【参考文献参考文献】 ： 电工技能与训练曾祥富主编