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中国土木工程学会燃气分会应用专业委员会2014年年会论文集 步进电机在燃气灶具上的应用 郑高辉，公平星 15491) (浙江帅康电气股份有限公司，浙江余姚3 1引言 随着人们生活水平的不断提高，对厨房用具美观、操作性能需求越来越高，如电容感应式触摸按 键与防爆黑晶玻璃面板配合，造型简约大方，操控又方便时尚；其实现火力的调节就需要由步进电机 来完成。现探讨一种通过微型步进电机对气量进行调节来实现火力大小控制的办法。 2步进电机的结构及工作原理 本文介绍的是一种24DC四相感应式步进电机。 步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。通俗一点讲：当步进驱动器接收到一个脉冲 信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(即步进角)。可以通过控制脉冲个数来 控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速 度，从而达到调速的目的。 感应式步进电机与传统的反应式步进电机相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作 点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小， 发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比 较平稳、噪音低、低频振动小。 感应式步进电机某种程度上可以看作是低速同步电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作 二相运行，例如：四相八拍运行(A—AB．B—BC—C—CD．D—DA—A)完全可以采用二相八拍运行方式。 3燃气灶具步进电机的选择 步进电机有步距角(涉及到相数)、静力矩及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机 的型号便确定下来了。 (1)步距角的选择 电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率(当量)换算到电机轴上，每个当量 电机应走多少角度(包括减速)。电机的步距角应等于或小于此角度。根据燃气灶具的阀芯大小与开 度的变化确定步距角的大小。 (2)静力矩的选择 步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机 工作的负载，而负载可分为惯性负载和摩擦负载二种。单一的惯性负载和单一的摩擦负载是不存在的。 110 中国土木工程学会燃气分会应用专业委员会2014年年会论文集 直接起动时(一般由低速)二种负载均要考虑，加速起动时主要考虑惯性负载，恒速运行只要考虑摩 擦负载。一般情况下，静力矩应为摩擦负载的2．3倍内好，静力矩一旦选定，便能确定电机的机座及 有关尺寸。 (3)电流的选择 静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电 机的电流(参考驱动电源及驱动电压)。 综上所述选择电机一般应遵循以下步骤：负载决定步距角，负载决定静力矩，依据矩频特性曲线 图确定电流，最终确定电机的型号。 4步进电机的驱动 使用、控制步进电机必须有环形脉冲、功率放大等组成的控制驱动系统，其流程如下：脉冲信号) 信号分配)功率放大)步进电机)负载。 (1)脉冲信号的产生 脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为O．3．0．4左右，如果电机允许，为 了方便程序调试也有用O．5的，电机转速越高，占空Lh贝,U越大。 佗)信号分配 感应式步进电机以二、四相电机为主，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种。四相电机 (3)功率放大 功率放大是驱动系统最为重要的部分。步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而 非静态电流。平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电 势。因而不同的场合采取不同的驱动方式，到目前为止，驱动方式一般有以下几种：恒压、恒压串电 阻、高低压驱动、恒流、细分数等。为尽量提高电机的动态性能，将信号分配、功率放大组成步进电 机的驱动电源。 四相步进电机的驱动 (1)步进电机驱动电路图与信号分配表 步进电机驱动电路图见图1：信号分配见表1。 图l步进电机驱动电路示意图 中国土木工程学会燃气分会应用专业委员会2014年年会论文集