BEMF的產生：步進電機旋轉時，線圈在磁場中切割磁感線產生反電動勢（BEMF），其本質是阻礙電流變化的感應電壓

1. 反電動勢波形在高速下的變化

(1) 幅值隨轉速線性增大

當轉速從15 rpm升至30 rpm時，反電動勢峰值顯著增加。這是因為反電動勢公式為 E = ke × N × ω （ke?為反電動勢常數(shù)，N為定子繞組匝數(shù)，ω為角速度），轉速越高，BEMF幅值越大 。

步進電機轉子齒數(shù)通常為50-100齒（如1.8°步進電機含50齒），相同轉速下單位時間磁場切割次數(shù)是伺服電機的6-12倍，導致BEMF幅值顯著升高。

(2) 波形頻率升高，周期縮短

轉速從900 rpm升至1800 rpm時，BEMF波形周期數(shù)增加，頻率翻倍

(3)相位變化

高速運行導致BEMF與電流相位差? 增大 （感性負載相位滯后加?。?，而重載會使相位差?減小

2. 反電動勢對動態(tài)響應的影響

(1) 電流建立延遲，扭矩下降

當電機高速運行時，BEMF可能接近甚至超過母線電壓（即驅動器供電電壓）。若BEMF ≥ 母線電壓，驅動器無法提供足夠電壓差驅動電流，導致電流下降。當BEMF接近母線電壓時，驅動器需100%占空比才能產生正向電流。但實際PWM存在死區(qū)時間（Dead Time），導致有效電壓仍低于BEMF，電流持續(xù)衰減。PWM飽和后，電流控制器無法輸出更高電壓指令，電流反饋值持續(xù)低于目標值，扭矩隨之崩潰。

(2) 動態(tài)響應滯后

步進電機在高速時，(Vbus??Ebemf?) 電壓裕量減小，導致電流上升率下降，換向延遲，動態(tài)響應變慢 。

3.結論

步進電機高速運行時，反電動勢幅值增大、頻率升高，導致電流建立延遲、扭矩下降及動態(tài)響應滯后。所以在步進電機高速運行的方案中，我們需要通過優(yōu)化電機選型（如低電感、適中極數(shù)）、升壓驅動及BEMF反饋控制，可緩解高速性能衰減，避免PWM飽和導致的扭矩崩潰。

審核編輯 黃宇