制冷理論

步進(jìn)電機式電子膨脹閥入門(mén)知識（一）

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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