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深圳市东么川伺服控制技术有限公司

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RMS电流在步进电机应用的重要性


大多数精密步进电机应用——尤其是自动化和运动控制应用——使用一种称为微步进的控制方法,它产生正弦(或接近正弦)电流波形,而不是典型的全步控制产生的电流方波。

步进电机的额定电流取决于功率大小,因此也取决于电机绕组可以承受的热量。功率与电阻和电流的平方直接相关(P = I 2 R),因此电流对电机发热至关重要。(请记住,电阻是电机绕组的一个属性,因此对于给定的电机它保持不变。)

为了量化电机内部的热量,我们使用了随着时间的推移传递到电机的平均功率——因此,I 2的平均值。但是因为微步进控制的正弦波形意味着电流会随着时间不断变化并反转方向(从正到负)——很像交流电流波形——我们需要使用电流的时变平均值,这是均值平方或 RMS,当前值。

微步进产生正弦波形,类似于交流电流

均方根是一种找出一组值的平均值或平均值的统计方法。要找到均方根,首先将每个值平方并求平方和。然后将总和除以值的数量。这给了你平均值。最后,取均值的平方根,结果就是 RMS 值。

 RMS 值

RMS电流与峰值电流的关系为:

RMS电流与峰值电流的关系


用直角三角形的几何形状很容易将其可视化,如这篇文章所示。

简而言之,如果您绘制一个简单的步进序列(此示例使用 8 个步骤),X 轴为 A 相电流,Y 轴为 B 相电流,您可以看到沿步进序列的最大或峰值电流任一相的电流为 1.414 A,或 1 A 的 RMS 电流的 1.414 倍。(此练习适用于任何 I RMS值。例如,如果 I RMS为 3 A,则 I peak将为 3 * 1.414 = 4.242 A。)

微信截图_20221110085439.png

查看在位置 7 形成的三角形并使用勾股定理,您可以推导出峰值和 RMS 电流之间的关系:

微信截图_20221110085501.png


步进驱动器有两种基本类型:为电机提供恒定电压的L/R 驱动器和为电机提供恒定电流的斩波器驱动器。在高速、L/R 或恒定电压下,由于电机绕组的时间常数,驱动器难以为电机提供足够的电流以达到额定转矩。这将 L/R 驱动器的使用主要限制在低速应用中。

这就是为什么许多步进电机应用使用斩波器驱动和微步进控制的原因。斩波器驱动器快速切换电压开关(一种称为“斩波”的方法)以控制电机的电流量。在每个电机步进的开始,非常高的电压(通常是电机标称电压的八倍)被施加到绕组上,导致电流快速上升并达到更高的水平。斩波频率由脉宽调制控制,因此无论电压如何,都向电机提供恒定的 RMS 电流值。

为避免超过步进电机的峰值电流能力并避免可能的电机损坏,重要的是要注意电机的额定电流是峰值还是 RMS 以及所使用的驱动器类型(L/R 或斩波器)。