步進電機驅(qū)動與控制

1、原理原理：步進電機是利用電磁鐵原理步進電機是利用電磁鐵原理,將將脈沖信號脈沖信號 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。每來一個的電機。每來一個 電脈沖，電機轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機械移電脈沖，電機轉(zhuǎn)動一個角度，帶動機械移 動一小段距離。動一小段距離。 特點特點：(1)來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。來一個脈沖，轉(zhuǎn)一個步距角。 (2)控制脈沖頻率，可控制電機轉(zhuǎn)速?？刂泼}沖頻率，可控制電機轉(zhuǎn)速。 (3)改變脈沖順序，改變轉(zhuǎn)動方向。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)成正比角位移量或線位移量與電脈沖數(shù)成正比.以反應式為例說明步進電機的結(jié)構(gòu)和原理以反應式為例說明步進電機的

2、結(jié)構(gòu)和原理通常按勵磁方式分為三大類：通常按勵磁方式分為三大類：步進電機的種類步進電機的種類： 下面以反應式步進電機為例說明步進電機的下面以反應式步進電機為例說明步進電機的結(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均勻分布著六個磁極，磁極上有磁極，磁極上有勵磁繞組，每兩勵磁繞組，每兩個相對的繞組組個相對的繞組組成一相。采用成一相。采用Y連接，轉(zhuǎn)子有四連接，轉(zhuǎn)子有四個齒。個齒。定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子 由于磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合，由于磁力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合，因此會在磁力線扭曲時產(chǎn)生切向力，而形成磁阻轉(zhuǎn)因此會在磁力線扭曲時產(chǎn)生切

3、向力，而形成磁阻轉(zhuǎn)矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。矩，使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動。 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)子的運動情況。輪流通入直流電流，觀察轉(zhuǎn)子的運動情況。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，而磁力線總是力圖從的磁場，而磁力線總是力圖從磁阻最小的路徑通過，故電動磁阻最小的路徑通過，故電動機轉(zhuǎn)子受到一個反應轉(zhuǎn)矩，在機轉(zhuǎn)子受到一個反應轉(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極對齊。極

4、對齊。CABBCA3412同理，同理，B相通電時，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過相通電時，轉(zhuǎn)子會轉(zhuǎn)過30 角，角，2、4齒和齒和B、B 磁極軸線對齊；當磁極軸線對齊；當C相通電時，轉(zhuǎn)子相通電時，轉(zhuǎn)子再轉(zhuǎn)過再轉(zhuǎn)過30 角，角，1、3齒和齒和C 、C磁極軸線對齊。磁極軸線對齊。1C342CABBA這種工作方式下，三個繞組依次通電一次為這種工作方式下，三個繞組依次通電一次為一個循環(huán)周期，一個循環(huán)周期包括三個工作脈沖，一個循環(huán)周期，一個循環(huán)周期包括三個工作脈沖，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)動起來。每一拍轉(zhuǎn)輪流通電，轉(zhuǎn)

5、子便一步一步轉(zhuǎn)動起來。每一拍轉(zhuǎn)過過30( (步距角步距角) )，每個通電循環(huán)周期，每個通電循環(huán)周期( (3拍拍) )磁場在磁場在空間旋轉(zhuǎn)了空間旋轉(zhuǎn)了360而轉(zhuǎn)子而轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)過90( (一個齒距角一個齒距角) )。 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 對齊。對齊。 A、B相同時通電，相同時通電，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)過過1

6、5 ，到達左圖到達左圖所示位置。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 對齊對齊, ,又轉(zhuǎn)又轉(zhuǎn)過過15 。3412CABBCA B、C相同時通電，相同時通電，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)過過15 。 三相反應式步進電動機的一個通電循環(huán)周三相反應式步進電動機的一個通電循環(huán)周期如下：期如下：AAB B BC C CA，每個循每個循環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過環(huán)周期分為六拍。每拍轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過15 （步距角），（步距角），一一個通電循環(huán)周期個通電循環(huán)周期( (6拍拍) )轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過90 (

7、 (齒距角齒距角) )。 與單三拍相比，六拍驅(qū)動方式的步進角更與單三拍相比，六拍驅(qū)動方式的步進角更小，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通電電。每拍有兩相繞組同時通電。步進電機通過一個電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度步進電機通過一個電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角度,稱為稱為N:一個周期的運行拍數(shù)一個周期的運行拍數(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 時時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)動控制器構(gòu)成不同頻率時繞組電流波形頻率較低時頻率較高時單電壓放大電路最理想的電流波形就是矩形波。電路時間常數(shù)：=L/(Ra+r)高低電壓驅(qū)動恒流斬波驅(qū)動原理圖與電流波形Uf是步進電機控制脈沖。四細分驅(qū)動細分時合成磁勢細分驅(qū)動電路環(huán)形分配器軟環(huán)形分配器硬件環(huán)形分配器CH25