BEMF的產(chǎn)生：步進(jìn)電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)，線圈在磁場(chǎng)中切割磁感線產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)（BEMF），其本質(zhì)是阻礙電流變化的感應(yīng)電壓

1. 反電動(dòng)勢(shì)波形在高速下的變化

(1) 幅值隨轉(zhuǎn)速線性增大

當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)?5 rpm升至30 rpm時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)峰值顯著增加。這是因?yàn)榉措妱?dòng)勢(shì)公式為 E = ke × N × ω （ke?為反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)，N為定子繞組匝數(shù)，ω為角速度），轉(zhuǎn)速越高，BEMF幅值越大 。

步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子齒數(shù)通常為50-100齒（如1.8°步進(jìn)電機(jī)含50齒），相同轉(zhuǎn)速下單位時(shí)間磁場(chǎng)切割次數(shù)是伺服電機(jī)的6-12倍，導(dǎo)致BEMF幅值顯著升高。

(2) 波形頻率升高，周期縮短

轉(zhuǎn)速?gòu)?00 rpm升至1800 rpm時(shí)，BEMF波形周期數(shù)增加，頻率翻倍

(3)相位變化

高速運(yùn)行導(dǎo)致BEMF與電流相位差? 增大 （感性負(fù)載相位滯后加劇），而重載會(huì)使相位差?減小

2. 反電動(dòng)勢(shì)對(duì)動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響

(1) 電流建立延遲，扭矩下降

當(dāng)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，BEMF可能接近甚至超過(guò)母線電壓（即驅(qū)動(dòng)器供電電壓）。若BEMF ≥ 母線電壓，驅(qū)動(dòng)器無(wú)法提供足夠電壓差驅(qū)動(dòng)電流，導(dǎo)致電流下降。當(dāng)BEMF接近母線電壓時(shí)，驅(qū)動(dòng)器需100%占空比才能產(chǎn)生正向電流。但實(shí)際PWM存在死區(qū)時(shí)間（Dead Time），導(dǎo)致有效電壓仍低于BEMF，電流持續(xù)衰減。PWM飽和后，電流控制器無(wú)法輸出更高電壓指令，電流反饋值持續(xù)低于目標(biāo)值，扭矩隨之崩潰。

(2) 動(dòng)態(tài)響應(yīng)滯后

步進(jìn)電機(jī)在高速時(shí)，(Vbus??Ebemf?) 電壓裕量減小，導(dǎo)致電流上升率下降，換向延遲，動(dòng)態(tài)響應(yīng)變慢 。

3.結(jié)論

步進(jìn)電機(jī)高速運(yùn)行時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)幅值增大、頻率升高，導(dǎo)致電流建立延遲、扭矩下降及動(dòng)態(tài)響應(yīng)滯后。所以在步進(jìn)電機(jī)高速運(yùn)行的方案中，我們需要通過(guò)優(yōu)化電機(jī)選型（如低電感、適中極數(shù)）、升壓驅(qū)動(dòng)及BEMF反饋控制，可緩解高速性能衰減，避免PWM飽和導(dǎo)致的扭矩崩潰。

審核編輯 黃宇