步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)與控制

1、原理原理：步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理,將將脈沖信號(hào)脈沖信號(hào) 轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成線位移或角位移線位移或角位移的電機(jī)。每來(lái)一個(gè)的電機(jī)。每來(lái)一個(gè) 電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，帶動(dòng)機(jī)械移電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，帶動(dòng)機(jī)械移 動(dòng)一小段距離。動(dòng)一小段距離。 特點(diǎn)特點(diǎn)：(1)來(lái)一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。來(lái)一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。 (2)控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 (3)改變脈沖順序，改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。改變脈沖順序，改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 (4)角位移量或線位移量與電脈沖數(shù)成正比角位移量或線位移量與電脈沖數(shù)成正比.以反應(yīng)式為例說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理以反應(yīng)式為例說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)的

2、結(jié)構(gòu)和原理通常按勵(lì)磁方式分為三大類：通常按勵(lì)磁方式分為三大類：步進(jìn)電機(jī)的種類步進(jìn)電機(jī)的種類： 下面以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)的下面以反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)為例說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。結(jié)構(gòu)和工作原理。如下：如下：ABCIAIBIC 定子內(nèi)圓周定子內(nèi)圓周均勻分布著六個(gè)均勻分布著六個(gè)磁極，磁極上有磁極，磁極上有勵(lì)磁繞組，每?jī)蓜?lì)磁繞組，每?jī)蓚€(gè)相對(duì)的繞組組個(gè)相對(duì)的繞組組成一相。采用成一相。采用Y連接，轉(zhuǎn)子有四連接，轉(zhuǎn)子有四個(gè)齒。個(gè)齒。定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 由于磁力線總是要通過(guò)磁阻最小的路徑閉合，由于磁力線總是要通過(guò)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)因此會(huì)在磁力線扭曲時(shí)產(chǎn)生切

3、向力，而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。 現(xiàn)以現(xiàn)以A B C A的通電順序，使三相繞組的通電順序，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。輪流通入直流電流，觀察轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)情況。BCIAIBICCABBCA3412 A相繞組通電，相繞組通電，B、C相相不通電。氣隙產(chǎn)生以不通電。氣隙產(chǎn)生以A-AA-A為軸線為軸線的磁場(chǎng)，而磁力線總是力圖從的磁場(chǎng)，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過(guò)，故電動(dòng)磁阻最小的路徑通過(guò)，故電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子受到一個(gè)反應(yīng)轉(zhuǎn)矩，在機(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)此轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)子必然轉(zhuǎn)到左圖所示位置：到左圖所示位置：1、3齒與齒與A、A極對(duì)齊。極

4、對(duì)齊。CABBCA3412同理，同理，B相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)30 角，角，2、4齒和齒和B、B 磁極軸線對(duì)齊；當(dāng)磁極軸線對(duì)齊；當(dāng)C相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)再轉(zhuǎn)過(guò)30 角，角，1、3齒和齒和C 、C磁極軸線對(duì)齊。磁極軸線對(duì)齊。1C342CABBA這種工作方式下，三個(gè)繞組依次通電一次為這種工作方式下，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，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。所以稱為三相單三拍工作方式。 按按AB C A 的順序給三相繞組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(lái)。每一拍轉(zhuǎn)輪流通電，轉(zhuǎn)

5、子便一步一步轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。每一拍轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)30( (步距角步距角) )，每個(gè)通電循環(huán)周期，每個(gè)通電循環(huán)周期( (3拍拍) )磁場(chǎng)在磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)了空間旋轉(zhuǎn)了360而轉(zhuǎn)子而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)過(guò)90( (一個(gè)齒距角一個(gè)齒距角) )。 按按AAB B BC C CA的順序給三相的順序給三相繞組輪流通電。繞組輪流通電。這種方式可以獲得更精確的控制這種方式可以獲得更精確的控制特性。特性。CABBCA3412CABBCA3412 A相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子1 1、3 3齒與齒與A、A 對(duì)齊。對(duì)齊。 A、B相同時(shí)通電，相同時(shí)通電，A、A 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，齒，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)1

6、5 ，到達(dá)左圖到達(dá)左圖所示位置。所示位置。CABBCA3412 B B 相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2、4齒與齒與B、B 對(duì)齊對(duì)齊, ,又轉(zhuǎn)又轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)15 。3412CABBCA B、C相同時(shí)通電，相同時(shí)通電，C 、C 磁極拉住磁極拉住1、3齒，齒，B、B 磁極拉住磁極拉住2、4齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)齒，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過(guò)過(guò)15 。 三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循環(huán)周三相反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的一個(gè)通電循環(huán)周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每個(gè)循每個(gè)循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)15 （步距角），（步距角），一一個(gè)通電循環(huán)周期個(gè)通電循環(huán)周期( (6拍拍) )轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)90 (

7、 (齒距角齒距角) )。 與單三拍相比，六拍驅(qū)動(dòng)方式的步進(jìn)角更與單三拍相比，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。小，更適用于需要精確定位的控制系統(tǒng)中。 按按AB BC CA的順序給三相繞組輪流通的順序給三相繞組輪流通電。每拍有兩相繞組同時(shí)通電電。每拍有兩相繞組同時(shí)通電。步進(jìn)電機(jī)通過(guò)一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度步進(jìn)電機(jī)通過(guò)一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度,稱為稱為N:一個(gè)周期的運(yùn)行拍數(shù)一個(gè)周期的運(yùn)行拍數(shù),即即通電通電狀態(tài)循環(huán)一周需要改變的次數(shù)狀態(tài)循環(huán)一周需要改變的次數(shù)Zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)：轉(zhuǎn)子齒數(shù)NZrS360如：如：Zr=40 , N=3 時(shí)時(shí)3340360S 步距角步距角拍數(shù)：拍數(shù)：N=kmk=1 1 單拍制單拍制2 2 雙拍制雙拍制m:m:相數(shù)相數(shù)驅(qū)動(dòng)控制器構(gòu)成不同頻率時(shí)繞組電流波形頻率較低時(shí)頻率較高時(shí)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)：=L/(Ra+r)高低電壓驅(qū)動(dòng)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。四細(xì)分驅(qū)動(dòng)細(xì)分時(shí)合成磁勢(shì)細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路環(huán)形分配器軟環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器CH25