步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng).doc

工業(yè)電路應(yīng)用指南一、驅(qū)動(dòng)電路基礎(chǔ)知識(shí)對(duì)于一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，一個(gè)給定的大小有限的空間可用于線圈。在優(yōu)化過(guò)程中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，有效利用的一個(gè)可纏繞空間以及匹配的驅(qū)動(dòng)程序及繞組參數(shù)是非常重要的。本章討論了基本步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)電機(jī)繞組。特別注意的是考慮到駕駛配置和電流控制方法。圖1 一個(gè)典型的繞組永磁步進(jìn)電機(jī)1、繞組電阻和電感一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的繞組由銅圈絲。電線纏繞在塑料線軸，它允許獨(dú)立的生產(chǎn)的繞組，定子和其他機(jī)械部件。在最后階段的生產(chǎn)線軸是圍繞定子安裝極點(diǎn)。電阻，電感和兩個(gè)一條崎嶇，或任何線圈固有的物理特性。這兩個(gè)基本因素也限制了電機(jī)的性能。該繞組的電阻負(fù)責(zé)的主要份額熱功率損耗和電機(jī)注冊(cè)。大小和熱特性電機(jī)繞組和限制最大允許功率耗散在蜿蜒。功率損失計(jì)算公式如下：PR = R IM 2 重要的是要注意的是電機(jī)應(yīng)在其最大功率使用耗散有效率。如果電機(jī)運(yùn)行功耗低于其限制，這意味著它可以重新放置一個(gè)更小的尺寸電機(jī)，最有可能更便宜使電機(jī)繞組電感反對(duì)電流變化，并有限制高速運(yùn)轉(zhuǎn)。圖2顯示了一個(gè)電感，電阻電路的電氣特性。當(dāng)電壓連接到繞組的電流上升根據(jù)方程I(t) = ( V R ) (1 e-t R/L)最初，在電流增加率：I / t (0) = V L該增長(zhǎng)速度下降為目前的接近最終水平：IMAX = V Re= 1 / R定義的價(jià)值為電氣線路的時(shí)間常數(shù)。 e是當(dāng)前的時(shí)間，直到達(dá)到63（1 -1/ e）的最終值。當(dāng)電感式電阻電路短路時(shí)斷開(kāi)，短路即時(shí)T=T1，將電流開(kāi)始減少I(mǎi)(t) = ( V R ) e (t-t1) R L在最初率I(t) = V L當(dāng)方波電壓施加到繞組，是哪種情況當(dāng)全面加強(qiáng)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)，當(dāng)前的波形會(huì)變得柔和。圖2 在電感式電阻短路電流波形圖3顯示了在三個(gè)電流不同的頻率。超過(guò)一定頻率（B）現(xiàn)時(shí)從未到達(dá)它的最大值（C）。由于扭矩電機(jī)約成正比，成正比的電流，最大扭矩會(huì)降低為加強(qiáng)頻率增加。為了克服電感和增益高速性能馬達(dá)存在兩種可能性：增加當(dāng)前的上升速度和/或減少時(shí)間常數(shù)。為增強(qiáng)抵抗一個(gè)永遠(yuǎn)業(yè)績(jī)?cè)鲩L(zhǎng)功率損耗，這是最好的比率V/ L時(shí)，應(yīng)提高到增益高速性能。我們應(yīng)該：使用盡可能高電壓保持電感低。因此，低電感/電阻電機(jī)具有較高的額定電流。作為最大的驅(qū)動(dòng)電流是由有限的，我們發(fā)現(xiàn)，高性能是高度依賴(lài)于對(duì)司機(jī)的選擇。電機(jī)的限制因素功耗，而不是目前的本身。為了有效地利用電機(jī)，功耗應(yīng)該在允許的最大水平。根據(jù)一個(gè)恒定的條件最大允許功耗和給定的空間曲折，由于銅的量，唯一可以改變的參數(shù)是電線圈數(shù)，或相應(yīng)地改變導(dǎo)線直徑。圖3 在電感式電阻短路電流波形2、驅(qū)動(dòng)電路方案步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路兩項(xiàng)主要任務(wù)： 要更改在相繞組的電流和磁通的方向駕駛控制量電流通過(guò)線圈，并為使短路電流的上升和下降時(shí)間獲得更為良好的性能。圖4 雙極性和單極性驅(qū)動(dòng)計(jì)劃，以控制電流和磁通在相位方向纏繞2.1、磁通方向控制步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)要求一個(gè)磁通方向變化，在每一個(gè)獨(dú)立的階段。方向的變化是通過(guò)改變目前的方向，可能要做兩種不同的方式，采用了雙極或單極驅(qū)動(dòng)器。圖4顯示了兩項(xiàng)計(jì)劃。只有一兩相顯示為兩個(gè)階段相同。雙極性驅(qū)動(dòng)雙極性驅(qū)動(dòng)的原則是指在一個(gè)地方的電流方向繞組改變轉(zhuǎn)移繞組的電壓極性跨越終端。要改變極性共四個(gè)開(kāi)關(guān)的需要。雙極驅(qū)動(dòng)方式要求每相一個(gè)繞組。兩相電機(jī)有兩個(gè)繞組據(jù)此四個(gè)連接線。單極驅(qū)動(dòng)器單極驅(qū)動(dòng)原則要求繞組中心抽頭，或每相獨(dú)立的繞組。通量方向相反通過(guò)移動(dòng)繞組電流從一個(gè)半的另一半。這種方法需要每相開(kāi)關(guān)只有兩個(gè)。論另一方面，利用單極性驅(qū)動(dòng)器只有一半的可用銅量繞組的。在電力損耗因此繞組的損失的兩倍雙極性驅(qū)動(dòng)在相同的輸出權(quán)力。單極，中心抽頭電機(jī)每個(gè)階段有三個(gè)線索，共六個(gè)導(dǎo)致了兩相電機(jī)。一個(gè)馬達(dá)每有兩個(gè)獨(dú)立的繞組階段通常稱(chēng)為8引線電機(jī)。它可接兩個(gè)作為一個(gè)單極或雙極電機(jī)，見(jiàn)圖5。圖5 不同纏繞配置雙極和單極驅(qū)動(dòng)器使用8引線電機(jī)3、電流控制 為了控制力矩以及限制在功耗繞線電阻，電流必須被控制或限制。此外，當(dāng)半步零電流水平是必要的，而需要一個(gè)連續(xù)可變微電流。兩個(gè)原則進(jìn)行限流此處所描述的，有限的電阻驅(qū)動(dòng)器和斬波驅(qū)動(dòng)器。任何該方法可以實(shí)現(xiàn)為一個(gè)雙極或單極驅(qū)動(dòng)程序。3.1、電阻限制的電流（左/右驅(qū)動(dòng)器） 在這個(gè)基本方法的電流受限于電源電壓和繞組的電阻，并在必要時(shí)，一個(gè)額外的外部電阻（丟棄電阻）：IM = Vsupply ( R + Rext )如果電機(jī)額定電壓為一樣的電源電壓，Rext的被排除在外。對(duì)于給定的電機(jī)高速性能將提高增加電源電壓。增加供應(yīng)在有限的電阻電壓驅(qū)動(dòng)器必須由其他陪同電阻（Rext）與繞組來(lái)限制電流系列以前的水平。時(shí)間常數(shù)e = L ( R + Rext )減小，從而縮短了當(dāng)前上升時(shí)間，見(jiàn)圖6。圖6 電阻限制電流使用這種方法的刑罰是功率損失額外的外部電阻。通常幾瓦要消耗和供應(yīng)。寬敞的功率電阻器，散熱的考慮，一減少占用空間的電源供應(yīng)器成本效益和限制左/右車(chē)道計(jì)劃，小馬達(dá)額定1 - 2瓦左右。3.2、在二層左/右驅(qū)動(dòng) 在二層左/右驅(qū)動(dòng)器提供了一個(gè)解決了電力浪費(fèi)使用電阻下降。在年初目前集結(jié)期間，繞組連接到次要高電壓供應(yīng)。經(jīng)過(guò)短暫的時(shí)間，當(dāng)電流達(dá)到其標(biāo)稱(chēng)水平，第二層供應(yīng)斷開(kāi)。圖7進(jìn)一步解釋。不利的雙層車(chē)道是第二級(jí)電源。在一些應(yīng)用中，5伏和12伏/ 24伏的情況下，它可能是一個(gè)具有成本效益的解決方案，但是，如果沒(méi)有可用，它是一個(gè)昂貴的方法。這是可以使用倍壓技巧。 圖7 在二層的驅(qū)動(dòng)器3.3、電流路徑 另外一個(gè)很重要的考慮因素是在關(guān)斷和電流路徑相移。歸納性質(zhì)繞組的電流要求道路總是存在的。當(dāng)用開(kāi)關(guān)晶體管，二極管，必須同時(shí)加入，使電流流動(dòng)方向上的開(kāi)關(guān)。對(duì)于雙極驅(qū)動(dòng)四個(gè)二極管，為每一個(gè)開(kāi)關(guān)，按圖8提供電流通路。請(qǐng)注意，有兩個(gè)辦法把目前的關(guān)閉，要么把所有晶體管關(guān)閉（路徑3），或?qū)⒅皇瞧渲械膬蓚€(gè)晶體管進(jìn)行一次性（路徑2）。圖8 在雙極電流通路驅(qū)動(dòng)程序該前者給作為快速電流衰減在繞組電感儲(chǔ)存的能量釋放在高電壓，Vsupply 后者給出了一個(gè)緩慢的電流作為計(jì)數(shù)器電壓衰減僅兩個(gè)二極管壓降和整個(gè)繞組的電阻壓降阻力。在目前的相移將迅速衰減既是開(kāi)展晶體管處于關(guān)閉狀態(tài)。對(duì)于高速度半步迅速衰減到在半步位置零是重要的。單極驅(qū)動(dòng)程序多少更復(fù)雜，當(dāng)談到當(dāng)前路徑。原因是該全耦合的兩半之間各相繞組，除了少量漏感。圖9顯示了一些可能的計(jì)劃。由于耦合，大電壓瞬變，至少兩次電源電壓時(shí)，會(huì)發(fā)生打開(kāi)和關(guān)閉。二三極管額定開(kāi)關(guān)必須在更更高的電壓低于電源電壓年齡。漏感會(huì)原因瞬變。因此，開(kāi)關(guān)晶體管必須受緩沖網(wǎng)絡(luò)或齊納二極管的保護(hù)。圖9 在單極電流通路驅(qū)動(dòng)程序3.4、斬波控制 斬波器驅(qū)動(dòng)程序提供了一個(gè)最佳的解決方案既電流控制當(dāng)前和快速集結(jié)和逆轉(zhuǎn)。其基本思想是使用的電源電壓是高于數(shù)倍電機(jī)的額定電壓。該電流上升率，這最初是第V / L，是從而可能增加很多。虛擬機(jī)的比例VM/ Vsupply是所謂的超速比例。通過(guò)控制凌占空比，平均電壓和平均電流等于電機(jī)額定電壓和當(dāng)前的創(chuàng)建方式。通常配置為恒流規(guī)例，見(jiàn)圖10 - 12。恒流監(jiān)管實(shí)現(xiàn)切換輸出電流的繞組。這是通過(guò)峰值感應(yīng)電流通過(guò)通過(guò)繞組的電流檢測(cè)電阻，有效地串聯(lián)與電機(jī)繞組。當(dāng)電流增大，電壓在整個(gè)發(fā)展檢測(cè)電阻，這是美聯(lián)儲(chǔ)回比較器。在預(yù)定水平，由電壓定義在參考輸入，比較器復(fù)位觸發(fā)器，它關(guān)閉輸出晶體管。目前跌幅直到觸發(fā)時(shí)鐘振蕩器觸發(fā)器，它的輸出變?yōu)榫w管一遍，如此循環(huán)。該恒流控制的優(yōu)點(diǎn)是精確控制開(kāi)發(fā)扭矩，不論權(quán)力電源電壓的變化。它也給最短的電流積聚和反轉(zhuǎn)的時(shí)間。功耗最小化，以及電源電流。電源電流是不一樣的相同馬達(dá)銅驅(qū)動(dòng)電流。這是電機(jī)電流乘以占空比：Isupply = IM ( VM Vsupply)圖10 一個(gè)簡(jiǎn)化原理圖顯示恒流斬波器的原理監(jiān)管圖12顯示了一個(gè)H橋作為一個(gè)恒定電流斬波配置。根據(jù)如何在H橋切換在關(guān)閉期間，目前要么