步進(jìn)電機(jī)作為多旋(一般為60對(duì)極)同步電機(jī)，電機(jī)定子的旋光度在電機(jī)定子電流每次變化多次時(shí)，可推動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子以1.9度的步距角旋轉(zhuǎn)，因此可用作電脈沖數(shù)據(jù)信號(hào)變?yōu)榻俏灰苹蚓€性偏差的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。事實(shí)上，步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行的關(guān)鍵取決于通過電機(jī)定子的電流大小，以形成驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行的力矩。電機(jī)機(jī)電流的運(yùn)行是由步進(jìn)電機(jī)控制器來完成的，電機(jī)控制器將控制面板發(fā)來的差分信號(hào)轉(zhuǎn)換成電機(jī)的角位移，所以步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器可以作為功率放大器使用，其關(guān)鍵的日常任務(wù)是根據(jù)PWM解調(diào)出電機(jī)運(yùn)行所需的所有電流。
步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器運(yùn)行的步進(jìn)電機(jī)電流被電機(jī)定子電阻、電感和步進(jìn)運(yùn)行全過程中形成的反電動(dòng)勢損壞。步進(jìn)電機(jī)的電感和電流都很小，但電機(jī)轉(zhuǎn)子在電機(jī)定子中形成的反電動(dòng)勢對(duì)電流的危害更大。因此，分析反電動(dòng)勢對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)矩的危害是很重要的。電機(jī)勻速運(yùn)行時(shí)形成的基波電動(dòng)勢為正弦，關(guān)系如下:E=pφmω，sin(θT)其中p為步進(jìn)電機(jī)的更大值，p = 60φm為電機(jī)反電動(dòng)勢的磁感應(yīng)常數(shù)，與電機(jī)轉(zhuǎn)子常見的原材料有關(guān)，ωT為電機(jī)轉(zhuǎn)子的角速度，θT為電機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。步進(jìn)電機(jī)比普通同步電機(jī)或者通訊電機(jī)大很多，所以同樣的速比會(huì)形成兩倍的反電動(dòng)勢。另外，電機(jī)轉(zhuǎn)子越大，反電動(dòng)勢常數(shù)越大，產(chǎn)生的反電動(dòng)勢會(huì)以一個(gè)尾波增加。
步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的日常任務(wù)是根據(jù)負(fù)載解調(diào)出電機(jī)定子所有必需的電流。實(shí)際上要考慮以下物理方程:U=IR+L dI/dt+E，工作電壓U需要根據(jù)PWM進(jìn)行解調(diào)。在周期時(shí)間為T的PWM中，需要計(jì)算通斷時(shí)間ton來提升U=ton/t Ubus(0≤ton≤T)。因?yàn)殡姍C(jī)的電阻R和電感L比較小，所以反電動(dòng)勢是損壞步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的關(guān)鍵因素。根據(jù)實(shí)驗(yàn)可以知道，一般87步進(jìn)電機(jī)在400轉(zhuǎn)左右旋轉(zhuǎn)時(shí)形成的反電動(dòng)勢在47V以上，67電機(jī)在350轉(zhuǎn)左右旋轉(zhuǎn)時(shí)形成的反電動(dòng)勢在47V左右。當(dāng)電機(jī)的反電動(dòng)勢超過給定的母線電壓時(shí)，控制器PWM將其解調(diào)為“飽和狀態(tài)”的情況，因此無法向電機(jī)展現(xiàn)動(dòng)能，反過來又消化吸收動(dòng)能，所以電機(jī)的轉(zhuǎn)矩會(huì)慢慢衰減。速度越來越快，失步很簡單。
因此，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器工作電壓的選擇與被驅(qū)動(dòng)電機(jī)的型號(hào)規(guī)格有關(guān)。步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的工作電壓越高，PWM解調(diào)的范圍越大，可以補(bǔ)償電機(jī)高速運(yùn)行形成的反電動(dòng)勢，更有利于電機(jī)的高速運(yùn)行。需要安裝高轉(zhuǎn)矩的步進(jìn)電機(jī)控制器，才能充分發(fā)揮其高速特性。比如87步進(jìn)電機(jī)在28V規(guī)格下的高速特性會(huì)不如67電機(jī)。根本原因是87電機(jī)很簡單在高速規(guī)范下形成比較高的反電動(dòng)勢，促使步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的PWM解調(diào)快速進(jìn)入飽和狀態(tài)，電流大幅衰減，形成快速的轉(zhuǎn)矩衰減系數(shù)。在高壓規(guī)范下，會(huì)出現(xiàn)87電機(jī)的扭矩，形成大于67的扭矩。這是步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器和步進(jìn)選擇中應(yīng)注意的一個(gè)關(guān)鍵問題。
