步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制

關(guān)于步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制第1頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三以反應(yīng)式為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理通常按勵(lì)磁方式分為三大類：1）反應(yīng)式：轉(zhuǎn)子無繞組，定轉(zhuǎn)子開小齒、步距小。應(yīng)用最廣。2）永磁式：轉(zhuǎn)子的極數(shù)=每相定子極數(shù)，不開小齒，步距角較大，力矩較大。3）感應(yīng)子式(混合式)：開小齒，混合反應(yīng)式與永磁式優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)矩大、動(dòng)態(tài)性能好、步距角小。步進(jìn)電機(jī)的種類：第2頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三

下面以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的原理結(jié)構(gòu)圖如下：ABCIAIBIC

定子內(nèi)圓周均勻分布著六個(gè)磁極，磁極上有勵(lì)磁繞組，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的繞組組成一相。采用Y連接，轉(zhuǎn)子有四個(gè)齒。定子轉(zhuǎn)子第3頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三1.工作原理

由于磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合，因此會(huì)在磁力線扭曲時(shí)產(chǎn)生切向力，而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。

現(xiàn)以ABCA的通電順序，使三相繞組

輪流通入直流電流，觀察轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)情況。BCIAIBIC第4頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三1.三相單三拍CA'BB'C'A3412

A相繞組通電，B、C相不通電。氣隙產(chǎn)生以A-A為軸線的磁場(chǎng)，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子受到一個(gè)反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，在此轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：1、3齒與A、A′極對(duì)齊。“三相”指三相步進(jìn)電機(jī)；“單”指每次只能一相繞組通電；“三拍”指通電三次完成一個(gè)通電循環(huán)。第5頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三CA'BB'C'A3412

同理，B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過30角，2、4齒和B、B′

磁極軸線對(duì)齊；當(dāng)C相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過30角，1、3齒和C′、C磁極軸線對(duì)齊。1C'342CA'BB'A第6頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三

這種工作方式下，三個(gè)繞組依次通電一次為一個(gè)循環(huán)周期，一個(gè)循環(huán)周期包括三個(gè)工作脈沖，所以稱為三相單三拍工作方式。

按ABCA……的順序給三相繞組輪流通電，轉(zhuǎn)子便一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)起來。每一拍轉(zhuǎn)過30°(步距角)，每個(gè)通電循環(huán)周期(3拍)磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)了360°而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90°(一個(gè)齒距角)。2.三相六拍

按AABBBCC

CA的順序給三相繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控制特性。第7頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三CA'BB'C'A3412CA'BB'C'A3412

A相通電，轉(zhuǎn)子1、3齒與A、A'對(duì)齊。

A、B相同時(shí)通電，A、A'磁極拉住1、3齒，B、B'磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15，到達(dá)左圖所示位置。第8頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三CA'BB'C'A3412

B相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒與B、B′對(duì)齊,又轉(zhuǎn)過15。3412CA'BB'C'AB、C相同時(shí)通電，C'、C

磁極拉住1、3齒，B、B'磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過15。第9頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三

三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循環(huán)周期如下：AABBBCC

CA，每個(gè)循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15（步距角），一個(gè)通電循環(huán)周期(6拍)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90(齒距角)。

與單三拍相比，六拍驅(qū)動(dòng)方式的步進(jìn)角更小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。3.三相雙三拍

按ABBCCA的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時(shí)通電。第10頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三步進(jìn)電機(jī)通過一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為步距角。N:一個(gè)周期的運(yùn)行拍數(shù),即通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變的次數(shù)Zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)如：Zr=40,N=3時(shí)

步距角拍數(shù)：N=kmk=1單拍制2雙拍制m:相數(shù)第11頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三驅(qū)動(dòng)控制器構(gòu)成第12頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三不同頻率時(shí)繞組電流波形頻率較低時(shí)頻率較高時(shí)第13頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三單電壓放大電路最理想的電流波形就是矩形波。電路時(shí)間常數(shù)：τ=L/(Ra+r)第14頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三高低電壓驅(qū)動(dòng)第15頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三恒流斬波驅(qū)動(dòng)原理圖與電流波形Uf是步進(jìn)電機(jī)控制脈沖。第16頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三四細(xì)分驅(qū)動(dòng)第17頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三細(xì)分時(shí)合成磁勢(shì)第18頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路第19頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三環(huán)形分配器——軟環(huán)形分配器

第20頁(yè)，講稿共23頁(yè)，2023年5月2日，星期三硬件環(huán)形分配器——CH250CH250引腳定義CL和EN端均可作為脈沖的輸入端。當(dāng)脈沖由CL端輸入時(shí)，EN端必須接1，脈沖上升沿有效。當(dāng)脈沖由EN端