步進電機驅(qū)動器.ppt

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1、步進電機驅(qū)動學(xué)生：周寧指導(dǎo)老師：吳海彬?qū)I(yè)：測試計量技術(shù)及儀器目錄1、步進電動機及其工作原理介紹2、步進電機驅(qū)動器的主要工作原理3、恒壓與恒流驅(qū)動4、節(jié)拍、步距角、細分5、單極與雙極驅(qū)動6、驅(qū)動器產(chǎn)品的使用方法1、步進電動機介紹1.1、介紹步進電動機屬于斷續(xù)運轉(zhuǎn)的同步發(fā)動機。它將輸入的脈沖信號變換為階躍的角位移或直線位移，也就是給一個脈沖信號，電動機就轉(zhuǎn)一個角度或者前進一步，因此這種電動機叫步進電動機。因為它輸入的既不是正弦交流，也不是恒定直流，而是脈沖電流，所以又叫做脈沖電動機。它是數(shù)字控制系統(tǒng)中的一種重要的執(zhí)行元件，主要

2、用于開環(huán)控制系統(tǒng)，也可用于閉環(huán)系統(tǒng)。1.2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)1.3、步進電機工作特性1、來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。2、控制脈沖頻率，可控制電機的轉(zhuǎn)速。3、改變脈沖順序，改變轉(zhuǎn)動方向。4、角位移量或線位移量與電脈沖數(shù)成正比5、誤差不累積，一般為步距角的3%-5%2、步進電動機驅(qū)動介紹2.1、步進電機控制系統(tǒng)步進電機是直流電驅(qū)動的同步電機，它不能直接由直流電源來驅(qū)動，需要配置步進驅(qū)動器才能運行。2.2、步進電機驅(qū)動器原理圖步進電機驅(qū)動器：是一種能使步進電機運轉(zhuǎn)的功率放大器，能把控制器發(fā)來的脈沖信號轉(zhuǎn)化為步進電動機的角位移的執(zhí)行機構(gòu)，電機

3、的轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比，所以控制脈沖頻率就可以精準(zhǔn)的調(diào)速，控制脈沖數(shù)就可以精準(zhǔn)定位。2.3、環(huán)形分配器、功率放大器環(huán)形分配器：將來自控制電路的一系列脈沖信號轉(zhuǎn)換成控制步進電機定子繞組通、斷電的電平信號，并按一定的規(guī)律分配給步進電動機驅(qū)動器的各項輸入端。環(huán)形分配器的輸出既是周期的，又是可逆的。功率放大器：將環(huán)形分配器輸出的mA級電流進行功率放大，一般由前置放大器和功率放大器組成。3、恒流驅(qū)動與恒壓驅(qū)動步進電機驅(qū)動步進電機內(nèi)部的繞組是一個感性負載，采用恒壓源供電時，電流的建立過程較長，也就是說力矩的建立過程較長，這就限制了最高轉(zhuǎn)

4、速，因此在轉(zhuǎn)速要求不高的情況下可用恒壓源供電；為了使步進電機能快速反應(yīng)，有的線路采取雙電源供電，就是把一個供電過程分成兩個階段，先加較高的電壓，以便快速建立電流，當(dāng)電流達到預(yù)定值，再切換為較低的電壓；當(dāng)然也可采用恒流源供電，但這個恒流源不是普通的恒流源，而是針對該步進電機專門設(shè)計的，最大輸出電壓符合電機允許的最高電壓，電流也符合電機的正常工作電流。3.1、恒電壓驅(qū)動1、使用外加電阻的驅(qū)動步進電機的繞組使用粗導(dǎo)線時，線圈值很小，如圖所示。在各相線圈中，串聯(lián)外部電阻R，為的是限制繞組流過的電流小于額定電流I。限制繞組流過電流的方

5、法，可采用降低電源電壓和串聯(lián)外部電阻R的兩種方法。3.1.1、使用外加電阻的驅(qū)動假設(shè)步進電機的線圈電感為L，繞組電阻為，電氣時間常數(shù)為，外加電阻為R時，電氣時間常數(shù)公式如下：3.1.2、無外加電阻驅(qū)動步進電機只有運行在低速下，才不需要外加電阻，線圈直接用電源電壓外加功率半導(dǎo)體作恒壓驅(qū)動，此時步進電機的線圈導(dǎo)線半徑較細，匝數(shù)較多，電阻值較大。此方法多用于小電流低速驅(qū)動方式。3.1.3、步進電機的驅(qū)動電源單一電壓型驅(qū)動電源：電容C可強迫控制電流快速上升，使電流波形前沿更陡，改善波形。當(dāng)三極管由導(dǎo)通切換到關(guān)閉時，在控制繞組中會產(chǎn)生

6、很高的電動勢，其極性與電源極性一致，二者疊加起來作用到上，很容易將其擊穿。所以并聯(lián)一個和電阻形成放電回路。（a）單一電壓型驅(qū)動電源3.1.3、步進電機的驅(qū)動電源（b）高、低壓切換型驅(qū)動電源高、低壓切換型驅(qū)動電源：高壓供電用來加快電流的上升速度，改善電流波形的前沿，低壓是為了維持穩(wěn)定的電流值?？刂菩盘栂r，截止，繞組中的電流經(jīng)二極管以及電阻向高壓電源放點，電流就迅速下降。這種電源效率較高，啟動和運行頻率也比單一電壓型電源要高。3.2、恒電流斬波器驅(qū)動額定電流或設(shè)置的驅(qū)動電流值為時，加電壓在繞圈上，若超過所設(shè)定的電流值，則把所

7、加的電壓V關(guān)斷，使電流減小，若低于所設(shè)定的電流值,則把所加電壓V打開，使電流再增加至所設(shè)定的電流值。如此反復(fù)，使為恒定電流。（a）恒電流斬波器驅(qū)動原理3.2、恒電流斬波器驅(qū)動（b）恒電流斬波器驅(qū)動電路圖（a）恒電流斬波器驅(qū)動原理4、節(jié)拍、步距角、細分驅(qū)動電機主要性能指標(biāo)相數(shù)：是指電機內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有兩相、三相、五相步進電機。拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)。步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移。節(jié)拍單相輪流通電（M相單M拍）順時針輪回ABCA逆時針輪回ACBA雙相輪流通電（M相雙M拍）順時針輪回A

8、BBCCAAB逆時針輪回ACCBBAAC單雙相輪流通電（M相2M拍）順時針輪回AABBBCCCAA逆時針輪回AACCCBBBAA3相單3拍——兩轉(zhuǎn)子齒定子通電順序：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向：順時針步距角：3相單3拍——兩轉(zhuǎn)子齒定子通電順序：轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向：逆時針步距角：3相雙3拍——兩轉(zhuǎn)子齒定子通電順序