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步進(jìn)電機式電子膨脹閥入門(mén)知識(一)

內容詳情
電子膨脹閥主流的技術(shù)路線(xiàn)有兩種:脈寬式(PWM)和步進(jìn)電機式(SM)電子膨脹閥,今天我們主要跟大家介紹的是步進(jìn)電機式電子膨脹閥的基礎知識。
 
 
什么是步進(jìn)電機?簡(jiǎn)單來(lái)講就是把脈沖信號轉化為角位移的裝置。步進(jìn)電機由兩部分組成,如下圖左,外部的繞組叫做定子,內部的永磁體叫做轉子,在圓柱體上間隔分布N極和S極,對外部的定子按L1 L2 L3 L4順序通電(勵磁),定子產(chǎn)生磁場(chǎng),跟轉子產(chǎn)生異性相吸、同性相斥作用,轉子就會(huì )旋轉。再把它延伸到下圖右,就接近電子膨脹閥的原型了:外面是線(xiàn)圈即定子,內部是永磁體轉子,轉子旋轉通過(guò)“傳動(dòng)機構“最終轉化為閥桿(針)的線(xiàn)位移(上下)。
 
 
上圖中的通電方式按L1 L2 L3 L4順序通電,且同一時(shí)間只有一個(gè)繞組(相)處于通電狀態(tài),這樣的勵磁方式叫1-1相勵磁,也是最簡(jiǎn)單的步進(jìn)電機的勵磁方式,但是實(shí)際上在電子膨脹閥的應用上,我們通常采用更加復雜的1-2相或者2-2相勵磁。
 
什么是1-2相勵磁和2-2相勵磁?如下圖左,中間的M代表轉子永磁體,周?chē)木€(xiàn)圈代表定子,線(xiàn)圈分為了上下兩部分,每一部分都有兩個(gè)繞組,一共4個(gè)繞組,每一個(gè)繞組我們叫1“相“,A,B,分別和COM公共端構成4個(gè)繞組,即4“相“,公共端COM在對電子膨脹閥驅動(dòng)時(shí)永遠接電源正極,與每相(負極)通電。如我們按照下圖右,每次通電2個(gè)繞組,需要通電4次完成一個(gè)控制循環(huán),就叫4“拍“,這種驅動(dòng)方式我們就叫4相4拍“,由于每次都通電2個(gè)繞組,勵磁方式就叫2相勵磁,也叫2-2相勵磁。
 
一個(gè)循環(huán)4個(gè)拍即4個(gè)脈沖,也是我們經(jīng)常聽(tīng)到的電子膨脹閥走了“4步“。
 

 
當然我們還可以通過(guò)另外一種方式來(lái)控制,如下面這張圖,先對一個(gè)繞組通電,再對2個(gè)繞組通電,按此規律,需要通電8次完成一個(gè)控制循環(huán),就叫8拍,這種驅動(dòng)方式我們就叫4相8拍,每次按1-2-1-2的相數量來(lái)通電,這種勵磁方式就叫1-2相勵磁。
 

 
如果說(shuō)2-2相里的每一脈沖算是“一步“的話(huà),1-2相里的每一脈沖只能算是“半步“,但是由于習慣表達原因,我們將“半步“通常也說(shuō)成是“一步“。如大家廣為人知的三花的DPF(T)系列電子膨脹閥是全開(kāi)500步,實(shí)際上是500個(gè)半步。
 
如果轉子旋轉一周走的行程是一樣的話(huà),顯然1-2相的方式走過(guò)的步數更多,步幅更小,控制更精確。
 
說(shuō)到這里,也許你會(huì )將1-2/2-2相勵磁與單/雙極驅動(dòng)相混淆,非常有必要說(shuō)明一下什么是單極驅動(dòng)和雙極驅動(dòng)。
 
其實(shí)我們剛剛介紹的有COM公共端的驅動(dòng)方式為單極驅動(dòng)(無(wú)論是1-2還是2-2相),作為單極驅動(dòng)的定子,COM端永遠是接電源的正極,4個(gè)繞組永遠接負極,步進(jìn)電機不論正轉還是反轉都不需要改變電流的方向,控制非常簡(jiǎn)單。
 
單極驅動(dòng)的電子膨脹閥的線(xiàn)圈的典型特征為引線(xiàn)是5根線(xiàn)或者6根線(xiàn),6根線(xiàn)為兩個(gè)COM端,5線(xiàn)則是將2個(gè)COM端合并為為1個(gè)而已,本質(zhì)上沒(méi)有區別。而雙極驅動(dòng)沒(méi)有COM端,為2個(gè)繞組(A和構成繞組1,B和構成繞組2),要想實(shí)現正轉和反轉需要通過(guò)改變繞組的電流方向(比如正轉時(shí)為A),控制相對復雜,線(xiàn)圈的典型特征為4根線(xiàn)。
 
 
那么什么時(shí)候用單極驅動(dòng),什么時(shí)候用雙極驅動(dòng)?從通電方式來(lái)說(shuō),對于單極驅動(dòng)的電機,不論是1-2相勵磁還是2-2相勵磁,同一時(shí)間最多只有一半的繞組在通電,而雙極驅動(dòng)總是2-2相勵磁,總是所有繞組通電,所以雙極驅動(dòng)的電機效率更高,驅動(dòng)力更強,適合于驅動(dòng)大容量的電子膨脹閥。而單極驅動(dòng)一般適用于小容量的電子膨脹閥,因為單極驅動(dòng)使用1-2相勵磁(4相8拍)相比雙極驅動(dòng)使用2-2相勵磁(2相4拍),完成一個(gè)控制循環(huán)的脈沖數是翻倍的。
 
小容量的電子膨脹閥一般為直動(dòng)式,閥針的開(kāi)度不是很大,如果從單極驅動(dòng)改為雙極驅動(dòng),全開(kāi)的閥針位移脈沖數會(huì )少一半,意味著(zhù)每動(dòng)作一個(gè)脈沖的閥針位移變大,閥的調節精度會(huì )下降。
 
那么有人會(huì )問(wèn),單極驅動(dòng)只能采用1-2相勵磁(4相8拍)嗎?當然不是。單極驅動(dòng)也可以采用2-2相勵磁(4相4拍),可以通過(guò)增加多級齒輪箱的設計增加全開(kāi)的脈沖數,保證閥的調節精度。這和大容量的電子膨脹閥(使用雙極驅動(dòng),2相4拍),通過(guò)齒輪箱減速設計增加全開(kāi)的脈沖數來(lái)保證閥的調節精度是一樣的。常見(jiàn)的不同驅動(dòng)類(lèi)型的電子膨脹閥外觀(guān)如下圖:
 

直動(dòng)式電子膨脹閥單極1-2相,500步

減速式DPF(O)或(U)單極2-2相,2000步     
減速式電子膨脹閥VPF雙極2-2相, 3800步
  
單極驅動(dòng)和雙極驅動(dòng)的對比如下圖:

極性

單極性

 雙極性

通電方式

同一時(shí)間最多只有一半繞組通電

同一時(shí)間整個(gè)線(xiàn)圈通電

電機效率

電機效率

相對較低

電機效率相對較高

冷量大小

不適合大冷量

適合大冷量時(shí)

電機可以較小

控制難易

控制簡(jiǎn)單

4x單極管

控制復雜

8x單極管(H橋)

電流大小

恒壓驅動(dòng)下電流高

恒壓驅動(dòng)下電流低

轉矩大小

適合低轉矩應用

適合高轉矩應用

 

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