第3章步進電動機傳動控制

1、UV WU V 1. 按工作原理分類按工作原理分類n激磁式（電磁式）激磁式（電磁式） 步進電動機的定子和轉子均有繞組，靠電磁力矩使轉步進電動機的定子和轉子均有繞組，靠電磁力矩使轉子轉動。子轉動。n反應式（磁阻式反應式（磁阻式） 轉子無繞組，定子繞組勵磁后產生反應力矩，使轉子轉子無繞組，定子繞組勵磁后產生反應力矩，使轉子轉動。轉動。n永磁式永磁式 轉子和定子的某一方具有永久磁鋼，另一方由軟磁材轉子和定子的某一方具有永久磁鋼，另一方由軟磁材料制成。繞組輪流通電，建立的磁場與永久磁鋼的恒料制成。繞組輪流通電，建立的磁場與永久磁鋼的恒定磁場相互作用產生轉矩。定磁場相互作用產生轉矩。n混合式（永磁感應式

2、）混合式（永磁感應式）反應式步進電動機結構示意圖反應式步進電動機結構示意圖反應式步進電動機多段環(huán)形線圈結構反應式步進電動機多段環(huán)形線圈結構反應式步進電動機多段分布繞組結構反應式步進電動機多段分布繞組結構反應式直線步進電動機反應式直線步進電動機永磁式步進電動機示意圖永磁式步進電動機示意圖永磁式步進電動機環(huán)形線圈結構永磁式步進電動機環(huán)形線圈結構混合式步進電動機結構示意圖混合式步進電動機結構示意圖2. 按輸出轉矩的大小分類按輸出轉矩的大小分類3.2.1 步進電動機的驅動方式步進電動機的驅動方式 步進電動機是繞組按一定方式輪流通電工作的。為了步進電動機是繞組按一定方式輪流通電工作的。為了實現這種輪流通

3、電，需要將控制脈沖按規(guī)定的方式分配給實現這種輪流通電，需要將控制脈沖按規(guī)定的方式分配給步進電動機，實現這種脈沖分配功能的是環(huán)形分配器。環(huán)步進電動機，實現這種脈沖分配功能的是環(huán)形分配器。環(huán)形分配器的輸出信號還需進行功率放大才能驅動步進電動形分配器的輸出信號還需進行功率放大才能驅動步進電動機。步進電動機驅動系統(tǒng)框圖如圖機。步進電動機驅動系統(tǒng)框圖如圖3.8所示。所示。3.2 步進電動機的環(huán)形分配器步進電動機的環(huán)形分配器3.2.2 步進電動機的環(huán)形分配器步進電動機的環(huán)形分配器 環(huán)形分配器是根據指令把脈沖信號按一定的邏輯關系環(huán)形分配器是根據指令把脈沖信號按一定的邏輯關系加到放大器上，使各相繞組按一定的順

4、序和時間導加到放大器上，使各相繞組按一定的順序和時間導通和斷開，并根據指令使電動機正轉或反轉，實現通和斷開，并根據指令使電動機正轉或反轉，實現確定的運行方式。環(huán)形分配器可以由硬件和軟件兩確定的運行方式。環(huán)形分配器可以由硬件和軟件兩種方式實現。種方式實現。1. 硬件環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器 硬件環(huán)形分配器由門電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的硬件環(huán)形分配器由門電路和雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器組成的邏輯電路構成。邏輯電路構成。（1）集成脈沖分配器）集成脈沖分配器 CH250是專為三相反應式步進電動機設計的環(huán)形是專為三相反應式步進電動機設計的環(huán)形分配器。這種集成電路采用分配器。這種集成電路采用CMOS工藝，集成度工藝，集成

5、度高，可靠性好。它的管腳圖及三相六拍工作時的高，可靠性好。它的管腳圖及三相六拍工作時的接線圖如圖接線圖如圖3.9所示。所示。表表3.6 環(huán)形分配表環(huán)形分配表3.3 步進電動機的驅動電路步進電動機的驅動電路3.3.1單電壓限流型驅動電路單電壓限流型驅動電路 步進電動機一相的驅動電路如圖步進電動機一相的驅動電路如圖3.12所示。這種電所示。這種電路的特點是線路簡單，成本低，低頻時響應較好；路的特點是線路簡單，成本低，低頻時響應較好；缺點是效率低，尤其在高頻工作的電動機效率更低。缺點是效率低，尤其在高頻工作的電動機效率更低。在實際中較少使用，只有在小功率步進電動機且在在實際中較少使用，只有在小功率步

6、進電動機且在簡單應用中才使用。簡單應用中才使用。3.3.2 雙電壓驅動電路雙電壓驅動電路3.3.3 斬波驅動電路斬波驅動電路 斬波電路的出現是為了彌補雙電壓電路波形呈現凹形斬波電路的出現是為了彌補雙電壓電路波形呈現凹形的缺陷，改善了輸出轉矩的下降，使勵磁繞組中的的缺陷，改善了輸出轉矩的下降，使勵磁繞組中的電流維持在額定值附近，其電路圖和輸出波形圖如電流維持在額定值附近，其電路圖和輸出波形圖如圖圖3.14所示。所示。3.3.4 升頻升壓驅動電路升頻升壓驅動電路 為了減小低頻振動，應使低速時繞組電流上升的為了減小低頻振動，應使低速時繞組電流上升的前沿較平緩，這樣才能使轉子在到達新的穩(wěn)定平前沿較平緩

7、，這樣才能使轉子在到達新的穩(wěn)定平衡位置時不產生過沖，而在高速時則應使電流有衡位置時不產生過沖，而在高速時則應使電流有較陡的前沿，以產生足夠的繞組電流，才能提高較陡的前沿，以產生足夠的繞組電流，才能提高步進電動機的帶載能力。這就要求驅動電源低頻步進電動機的帶載能力。這就要求驅動電源低頻時用較低的電壓供電，高頻時用較高的電壓供電。時用較低的電壓供電，高頻時用較高的電壓供電。升頻升壓驅動電路可以較好地滿足這一要求。升頻升壓驅動電路可以較好地滿足這一要求。3.3.5 細分驅動電路細分驅動電路 如果要求步進電動機有更小的步距角，更高的分辨如果要求步進電動機有更小的步距角，更高的分辨率率(即脈沖當量即脈沖

8、當量)，或者為減小電動機振動、噪聲等原因，或者為減小電動機振動、噪聲等原因，可以在每次輸入脈沖切換時，只改變相應繞組中額定可以在每次輸入脈沖切換時，只改變相應繞組中額定的一部分，則電動機的合成磁勢也只旋轉步距角的一的一部分，則電動機的合成磁勢也只旋轉步距角的一部分，轉子的每步運行也只有步距角的一部分，繞組部分，轉子的每步運行也只有步距角的一部分，繞組電流分成數個臺階，則轉子就以同樣的次數轉過一個電流分成數個臺階，則轉子就以同樣的次數轉過一個步距角，這種將一個步距角細分成若干步的驅動力法，步距角，這種將一個步距角細分成若干步的驅動力法，稱為細分驅動。稱為細分驅動。3.4 步進電動機的控制步進電動機的控制3