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1、机电驱动技术机电驱动技术任任课教教师:杨 平平机械机械电子工程学院子工程学院第二章第二章 步进电机驱动技术步进电机驱动技术2.1 2.1 步进电机步进电机脉冲工作方式，用于数字控制系脉冲工作方式，用于数字控制系脉冲工作方式，用于数字控制系脉冲工作方式，用于数字控制系统统2.1.12.1.1种种种种类类及特点及特点及特点及特点PMPMPMPM永磁式永磁式永磁式永磁式永磁永磁永磁永磁转转子子子子, , , ,定子定子定子定子电电磁磁磁磁铁铁, , 小小小小转转矩矩矩矩VRVRVRVR反反反反应应式式式式齿齿形形形形铁铁芯芯芯芯转转子子子子, , , ,定子定子定子定子电电磁磁磁磁铁铁 ，, ,中中
2、中中转转矩矩矩矩HBHBHBHB混合式混合式混合式混合式是是是是PMPMPMPM与与与与VRVRVRVR的复合形式的复合形式的复合形式的复合形式 ，, , 较较大大大大转转矩矩矩矩特点特点特点特点:1.:1.:1.:1.脉冲工作方式脉冲工作方式脉冲工作方式脉冲工作方式, , , ,易于数字控制易于数字控制易于数字控制易于数字控制( ( ( (尤其是开尤其是开尤其是开尤其是开环环) ) ) )；2.2.2.2.通通通通电电自自自自锁锁；3.3.3.3.静静静静态发热态发热( ( ( (此此此此时时相相相相电电流最大流最大流最大流最大, , , ,且且且且绕组绕组不不不不换换接接接接) ) ) )
3、；4.4.4.4.动态动态有失步有失步有失步有失步现现象。象。象。象。 主要性能指主要性能指主要性能指主要性能指标标及概念及概念及概念及概念1. 1. 步距角步距角步距角步距角: : 输输输输入入入入单单单单位脉冲位脉冲位脉冲位脉冲, , 步步步步进电进电进电进电机机机机转过转过转过转过的角度的角度的角度的角度2. 2. 相相相相: : 控制控制控制控制绕组绕组的个数的个数的个数的个数 3.3.3.3.拍拍拍拍: : : :控制脉冲控制脉冲控制脉冲控制脉冲变换器器在一个在一个在一个在一个电压变电压变化周期内的化周期内的化周期内的化周期内的换换相次数称相次数称相次数称相次数称为为“ “拍拍拍拍”
4、 ”数数数数决定步距角大小决定步距角大小决定步距角大小决定步距角大小使使使使绕组换绕组换相相相相形成旋形成旋形成旋形成旋转转磁磁磁磁场场4. 4. 起起起起动转动转矩矩矩矩:转转速由速由速由速由0000设设定定定定转转速速速速时时所能所能所能所能驱动驱动的最大的最大的最大的最大负载转负载转矩矩矩矩1.5. 5. ( (最大最大最大最大) )静静静静转转矩矩矩矩: : 转转子不子不子不子不转时转时的的的的电电磁磁磁磁转转矩矩矩矩, ,是步是步是步是步进进2. 电电机的机的机的机的转转矩最大矩最大矩最大矩最大值值反映了反映了反映了反映了3. 制制制制动动能力和低速能力和低速能力和低速能力和低速负载
5、负载能力能力能力能力6. 6. ( (失步失步失步失步转转矩矩矩矩) )动转动转矩矩矩矩: : 不失步的极限不失步的极限不失步的极限不失步的极限转转矩矩矩矩7. 7. 起起起起动频动频率率率率: : 步步步步进电进电机不失步起机不失步起机不失步起机不失步起动动的最大的最大的最大的最大频频率。率。率。率。 负载负载大大大大则则起起起起动频动频率低率低率低率低8. 8. 最大空最大空最大空最大空载载运行运行运行运行频频率率率率( (最大响最大响最大响最大响应频应频率率率率) ): : 不失步运行的极限不失步运行的极限不失步运行的极限不失步运行的极限频频率率率率2.2 2.2 步进电机的驱动与控制步
6、进电机的驱动与控制 步步步步进电动进电动机控制系机控制系机控制系机控制系统组统组成框成框成框成框图图1. 1. 脉冲分配器脉冲分配器脉冲分配器脉冲分配器 作用作用作用作用: :控制指令脉冲控制指令脉冲控制指令脉冲控制指令脉冲 环形分配器形分配器 环环分方式分方式分方式分方式 a. a. 硬件硬件硬件硬件环环分分分分: : 分立元件、分立元件、分立元件、分立元件、专专用用用用环环分芯片分芯片分芯片分芯片( (集成集成集成集成块块) ) b.b. 软软件件件件环环分分分分: : 单单片机片机片机片机(I/O(I/O口口口口) )、光耦、各、光耦、各、光耦、各、光耦、各绕组绕组于建立旋于建立旋于建立
7、旋于建立旋转转磁磁磁磁场场) ) 绕组绕组按事先按事先按事先按事先规规定的定的定的定的时间顺时间顺序通序通序通序通/ /断断断断电电( (相当相当相当相当步步步步进电进电机各相机各相机各相机各相2. 2. 步数步数步数步数/ /速度控制速度控制速度控制速度控制控制脉冲个数控制脉冲个数控制脉冲个数控制脉冲个数 步矩角步矩角步矩角步矩角脉冲当量脉冲当量脉冲当量脉冲当量控制脉冲控制脉冲控制脉冲控制脉冲频频率率率率转转速速速速3. 3. 驱动电驱动电路路路路 高高高高/ /低低低低压驱动电压驱动电路路路路( (功耗小功耗小功耗小功耗小, ,电电流波形流波形流波形流波形较较佳佳佳佳) )启启启启动动:
8、:高高高高压压 低低低低压压 加到加到加到加到绕组绕组, , 绕组电绕组电流流流流= =额额定定定定电电流流流流当当当当绕组电绕组电流流流流 额额定定定定电电流流流流1-21-2倍倍倍倍时时, ,断开断开断开断开, ,( (以以以以较较大大大大转转矩升速矩升速矩升速矩升速) ) 加到加到加到加到绕组绕组, , 使使使使绕组电绕组电流迅速上升流迅速上升流迅速上升流迅速上升 高高高高/ / / /低低低低压驱动电压驱动电路路路路 高高高高/ / / /低低低低压驱动电压驱动电路的路的路的路的电压电压和和和和电电流波形流波形流波形流波形图图(a)(a)(a)(a)脉冲脉冲脉冲脉冲电压电压(b)(b)
9、(b)(b)绕组电压绕组电压(c)(c)(c)(c)绕组电绕组电流流流流 斩斩波限流波限流波限流波限流驱动电驱动电路路路路 采用采用采用采用VMOSVMOS大功率大功率大功率大功率场场效效效效应应管管管管( (高高高高压压/ /大大大大电电流功率管流功率管流功率管流功率管) )作作作作为驱动电为驱动电路功率元件。路功率元件。路功率元件。路功率元件。图图中中中中V V1 1、V V2 2管工作在开关状管工作在开关状管工作在开关状管工作在开关状态态，电电流波形更好流波形更好流波形更好流波形更好（前（前（前（前/ /后沿陡，因限流后沿陡，因限流后沿陡，因限流后沿陡，因限流斩斩波使波使波使波使电电流无突跳），效率流无突跳），效率流无突跳），效率流无突跳），效率更高。更高。更高。更高。THE END
