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1、步进电动机的工作原理及驱动方法步进电动机的工作原理及驱动方法作者： 时间：2007-12-05 来源:电子元器件网 浏览评论 推荐给好友 我有问题 个性化定制关键词： 步进电动机 工业控制 分享到： 开心网 人人网 新浪微博 步进电动机是一种将电脉冲信号转换成角位移或线位移的机电元件。步进电动机的输入量是脉冲序列，输出量则为相应的增量位移或步进运动。正常运动情况下，它每转一周具有固定的步数；做连续步进运动时，其旋转转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。由于步进电动机能直接接受数字量的控制，所以特别适宜采用微机进行控制。1.步进电动机步进电动机的种类的种类目前常用
2、的有三种步进电动机：(1)反应式步进电动机(VR)。反应式步进电动机结构简单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。(2)永磁式步进电动机(PM)。永磁式步进电动机出力大，动态性能好；但步距角大。(3)混合式步进电动机(HB)。混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。2.步进电动机步进电动机的工作原理的工作原理图 1 三相反应式步进电动机的结构示意图1定子 2转子 3定子绕组分页图 1 是最常见的三相反应式步进电动机的剖面示意图。电机的定子上有六个均布的磁极，其夹角是 60。各磁极
3、上套有线圈，按图 1 连成 A、B、C 三相绕组。转子上均布 40 个小齿。所以每个齿的齿距为 E=360/40=9，而定子每个磁极的极弧上也有 5 个小齿，且定子和转子的齿距和齿宽均相同。由于定子和转子的小齿数目分别是 30 和 40，其比值是一分数，这就产生了所谓的齿错位的情况。若以 A 相磁极小齿和转子的小齿对齐，如图 1，那么 B 相和 C 相磁极的齿就会分别和转子齿相错三分之一的齿距，即 3。因此，B、C 极下的磁阻比 A 磁极下的磁阻大。若给 B 相通电，B相绕组产生定子磁场，其磁力线穿越 B 相磁极，并力图按磁阻最小的路径闭合，这就使转子受到反应转矩（磁阻转矩）的作用而转动，直到
4、 B 磁极上的齿与转子齿对齐，恰好转子转过 3；此时 A、C 磁极下的齿又分别与转子齿错开三分之一齿距。接着停止对 B 相绕组通电，而改为 C 相绕组通电，同理受反应转矩的作用，转子按顺时针方向再转过 3。依次类推，当三相绕组按 ABCA 顺序循环通电时，转子会按顺时针方向，以每个通电脉冲转动 3 的规律步进式转动起来。若改变通电顺序，按ACBA 顺序循环通电，则转子就按逆时针方向以每个通电脉冲转动 3 的规律转动。因为每一瞬间只有一相绕组通电，并且按三种通电状态循环通电，故称为单三拍运行方式。单三拍运行时的步矩角 b为 30。三相步进电动机还有两种通电方式，它们分别是双三拍运行，即按 ABB
5、CCAAB 顺序循环通电的方式，以及单、双六拍运行，即按 AABBBCCCAA 顺序循环通电的方式。六拍运行时的步矩角将减小一半。反应式步进电动机的步距角可按下式计算：b=360/NEr (1)式中 Er转子齿数；N运行拍数，N=km，m 为步进电动机的绕组相数，k=1 或 2。3.步进电动机步进电动机的驱动方法的驱动方法步进电动机不能直接接到工频交流或直流电源上工作，而必须使用专用的步进电动机驱动器，如图 2 所示，它由脉冲发生控制单元、功率驱动单元、保护单元等组成。图中点划线所包围的二个单元可以用微机控制来实现。驱动单元与步进电动机直接耦合，也可理解成步进电动机微机控制器的功率接口，这里予
6、以简单介绍。图 2 步进电动机驱动控制器1. 单电压功率驱动接口实用电路如图 3 所示。在电机绕组回路中串有电阻 Rs，使电机回路时间常数减小，高频时电机能产生较大的电磁转矩，还能缓解电机的低频共振现象，但它引起附加的损耗。一般情况下，简单单电压驱动线路中，Rs是不可缺少的。Rs对步进电动机单步响应的改善如图 3(b)。分页图 3 单电压功率驱动接口及单步响应曲线图 4 双电压功率驱动接口2.双电压功率驱动接口双电压驱动的功率接口如图 4 所示。双电压驱动的基本思路是在较低（低频段）用较低的电压 UL驱动，而在高速（高频段）时用较高的电压 UH驱动。这种功率接口需要两个控制信号，Uh为高压有效
7、控制信号，U 为脉冲调宽驱动控制信号。图中，功率管 TH和二极管 DL构成电源转换电路。当 Uh低电平，TH关断，DL正偏置，低电压UL对绕组供电。反之 Uh高电平，TH导通，DL反偏，高电压 UH对绕组供电。这种电路可使电机在高频段也有较大出力，而静止锁定时功耗减小。3.高低压功率驱动接口图 5 高低压功率驱动接口高低压功率驱动接口如图 5 所示。高低压驱动的设计思想是，不论电机工作频率如何，均利用高电压 UH供电来提高导通相绕组的电流前沿，而在前沿过后，用低电压UL来维持绕组的电流。这一作用同样改善了驱动器的高频性能，而且不必再串联电阻Rs，消除了附加损耗。高低压驱动功率接口也有两个输入控
8、制信号 Uh和 Ul，它们应保持同步，且前沿在同一时刻跳变，如图 5 所示。图中，高压管 VTH的导通时间 tl不能太大，也不能太小，太大时，电机电流过载；太小时，动态性能改善不明显。一般可取 13ms。（当这个数值与电机的电气时间常数相当时比较合适）。分页4.斩波恒流功率驱动接口恒流驱动的设计思想是，设法使导通相绕组的电流不论在锁定、低频、高频工作时均保持固定数值。使电机具有恒转矩输出特性。这是目前使用较多、效果较好的一种功率接口。图 6 是斩波恒流功率接口原理图。图中 R 是一个用于电流采样的小阻值电阻，称为采样电阻。当电流不大时，VT1和 VT2同时受控于走步脉冲，当电流超过恒流给定的数
9、值，VT2被封锁，电源 U 被切除。由于电机绕组具有较大电感，此时靠二极管 VD 续流，维持绕组电流，电机靠消耗电感中的磁场能量产生出力。此时电流将按指数曲线衰减，同样电流采样值将减小。当电流小于恒流给定的数值，VT2导通，电源再次接通。如此反复，电机绕组电流就稳定在由给定电平所决定的数值上，形成小小的锯齿波，如图 6 所示。图 6 斩波恒流功率驱动接口斩波恒流功率驱动接口也有两个输入控制信号，其中 u1是数字脉冲，u2是模拟信号。这种功率接口的特点是：高频响应大大提高，接近恒转矩输出特性，共振现象消除，但线路较复杂。目前已有相应的集成功率模块可供采用。5.升频升压功率驱动接口为了进一步提高驱
10、动系统的高频响应，可采用升频升压功率驱动接口。这种接口对绕组提供的电压与电机的运行频率成线性关系。它的主回路实际上是一个开关稳压电源，利用频率-电压变换器，将驱动脉冲的频率转换成直流电平，并用此电平去控制开关稳压电源的输入，这就构成了具有频率反馈的功率驱动接口。6.集成功率驱动接口目前已有多种用于小功率步进电动机的集成功率驱动接口电路可供选用。L298 芯片是一种 H 桥式驱动器，它设计成接受标准 TTL 逻辑电平信号，可用来驱动电感性负载。H 桥可承受 46V 电压，相电流高达 2.5A。L298(或XQ298，SGS298)的逻辑电路使用 5V 电源，功放级使用 546V 电压，下桥发射极
11、均单独引出，以便接入电流取样电阻。L298(等)采用 15 脚双列直插小瓦数式封装，工业品等级。它的内部结构如图 7 所示。H 桥驱动的主要特点是能够对电机绕组进行正、反两个方向通电。L298 特别适用于对二相或四相步进电动机的驱动。分页图 7 L298 原理框图与 L298 类似的电路还有 TER 公司的 3717，它是单 H 桥电路。SGS 公司的SG3635 则是单桥臂电路，IR 公司的 IR2130 则是三相桥电路，Allegro 公司则有A2916、A3953 等小功率驱动模块。图 8 是使用 L297(环形分配器专用芯片)和 L298 构成的具有恒流斩波功能的步进电动机驱动系统。图
12、 8 专用芯片构成的步进电动驱动系统畜牧兽医局书记 2015 年度党建工作述职报告 今年以来，我按照县委、县政府的统一部署和要求，本着认真的态度，务实的作风，从严的要求，以开展“三严三实”专题教育为契机，团结局机关支部一班人，扎实开展党的建设，努力工作，廉洁自律，克难奋进，扎实有效地推进党员队伍的思想建设、组织建设、作风建设和反腐倡廉建设，使党员干部的整体素质得到不断提升，为完成各项工作提供强有力的思想和组织保证。现就一年来开展党建工作述职如下： 一、党建工作开展情况 （一）加强责任意识，切实履行了“第一责任人”职责。作为党支部书记，党建工作的第一责任人，我深知党建工作的重要性，身体力行地带动
13、全局党员干部抓好基层党建工作。一是把党建工作置于首要位置。先后主持召开 X 次局党组会，专题研究党建工作，结合我局工作实际，制订了县畜牧兽医局 2015 度年党建工作要点 。我深知党组织是团结带领群众干事创业的核心，是全部战斗力的堡垒。在工作中我始终把抓党建作为牵动全局的首要任务，作为开展一切工作的前提，摆上重要日程，实行月例会制度，定期研究党建工作暴露出的问题和矛盾，及时予以分析解决。二是把抓好党建工作作为首要责任。基层党建工作，书记是第一责任人， 不抓是失职，抓不好是不称职。一直以来，我始终牢记“职务即是责任” ，切实强化履行好岗位职责的政治责任感和自觉性，站位全局，牵头抓总，全面部署。在
14、工作上，与党保持高度一致，坚定不移地执行县委关于党建工作的重大决策、决议和决定。对于重要工作，亲自深入基层调研，亲自谋划思路定措施，亲自督导检查抓落实，努力把第一责任人的责任履行好，把党组的主角作用发挥好。 （二）加强思想建设，党员干部的政治理论水平进一步提升。一是抓理论学习，提高政治素养。2015 年，以“三严三实”专题教育为抓手，充分发挥每周二、周四集中学习、党校学习、理论在线学习及远程教学平台作用，按照理论先行、业务为主、爱好广泛的要求，采取灵活多样方式，持之以恒地加强政治理论、业务技能等知识的学习，不断提高全局党员干部的综合素质。二是抓党性培养，坚定理想信念。大力开展社会公德、职业道德
15、、家庭美德、个人品德教育，积极参加社会活动，举行“我的为 XX”演讲比赛，经常性开展思想教育与交心谈心活动，关心干部职工的思想动态，及时发现并解决工作、生活上的困难和问题，注重培养公道正派的思想品德，健康向上的思想情操，积极进取的人生态度，无私奉献的精神境界。三是抓业务培训，增强履职能力。紧密联系我局工作实际，让教育者先受教育、培训者先受培训，先后多次选派干部到省市畜牧局、XX 农业大学学习深造，提 高专业知识和业务技能，使广大党员干部服务群众的能力得以增强。 （三）加强组织建设，党组织的凝聚力和战斗力进一步增强。一是健全组织，打造坚强战斗堡垒。我支部现有党员 XX 名，其中女党员 X 名、在
16、职 XX 名、离退休 X 名，并有挂靠党员 X 名。XXXX 年，通过接收畜禽屠宰管理办公室人员，我支部整体接收原经信局党员 X 名，并为其成立党小组。我支部有支部委员 X 名，由 2014 年换界选举产生，人人忠于职守，以身作则，工作中坚持民主集中制原则，把集体领导和分工负责有机结合起来，较好地完成了各自分管的工作，为我支部团队战斗力、凝聚力的发挥起到了较好的表率作用。二是发展党员，加强新党员培养工作。严格按照党章要求，把好发展党员工作的各个环节，严格履行入党手续，把握发展党员工作中培训、政审、考察、审批、转正等各个环节。今年完成了一名预备党员转正、纳入一名预备党员的相关手续，并登记入党积极分子一名、收入党申请书两名份。三是组织交流，开展各项组织生活活动。督促党员自觉参加组织生活，完成党组织交给的任务，按期按规定交纳党费，自觉接受党组织的教育和培训。2015 年全年召开
