步进电动机

目录

斩波恒流驱动 - 1 -

步进电机细分驱动原理 - 3 -

步进电机在包装机械中的应用 - 5 -

一、步进电机工作原理 - 5 -

二、步进电机在物料计量方面的应用 - 5 -

三、步进电机在供送包装膜中的应用 - 6 -

斩波恒流驱动

驱动线路所采取的多种措施，大多只有一个目的，这就是要使导通相不论在锁定、低频或高频工作时都保持额定值。斩波恒流驭动方式可较好地解决这个问题并提高步进电的效率和力矩。斩波型驱动大体上可分为两种:一种是斩波恒流驱动，另一种是斩波平滑驱动。较一泛应用的是斩波恒流驱动，J陌流斩波功放的优点为:

(I) 各相斩波频率相同，有效地抑制了因各相斩波频率不同而产生的噪声;

(2 )斩波频率高，消除了H频噪声，电机运行时安静无污染;

(3 )高频运行时电流平滑，高频性能好;步进电机细分驱动控制器的研究

(4)斩波频率和脉宽可调，容易调整最佳运行状态:

斩波恒流3a动电路的主回路由高压晶体管、电动机绕组、晶体管串联而成。与高低压驱动器不同的是，低压管发射极串联一个小的电阻接地，电动机绕组的电流经这个小电阴通地，小电阻的压降与电动机绕组电流成正比，所以这个电阻称为取样电阻。斩波 恒 流 驱动原理图如图2-8所示。Ic,和IC2分别是两个控制门，控制T 和T,两个晶体管的导通和截止。由环形分配器来的相绕组导通脉冲，送到门IC2与Ic,中，通过Ic,直接开通晶体管TL，而门IC，除环形分配器来的信号之外，还有

一路信号来自比较器。比较器的两个输入端，其中之一接给定电平，另一个接来自取样电阻的电压信号。在环形分配器导通脉冲到来之前，IC,和IC2都处于关门状态，输出低电平，TH和TL都截it，取样电阻中无电流流过，反馈到比较器的输入信号为零，比较器输出高电平。

当环形分配器输出导通信号时，高电平使Ic，和IC:门打开，输出

高电平使TH和TL两管导通，高电压经TH向电动机绕组供电。由于电动机绕组有较大电感，所以电流成指数上升，但所加电压较高，所以电流上升较快。取样电阻上的电压代表了电流的大小。当电流超过所设定值时，比较器输入的取样电压超过给定电压，比较器翻转，输出变低电平，从而IC,也输出低电平，关断高压管TH。此时磁场能量将使绕组电流按原方向继续流动，经由低压管TL,取样电阻、地线、二极管D。构成的续流回路消耗磁场的能量。此时电流将按指数曲线衰减，逐渐下降。当取样电阻上得到的电压小于给定电压时，比较器又翻转回去，输出高电平，打开高压管，电源又开始向绕组供电，电流又会上升。如此反复，电动机绕组的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。当环形分配器输出低电平时，高低压管都截III，此时绕组的续流与高低压时相同，经D1,D2向电源泄放。

斩波恒流驱动中，由于驭动电压较高，电动机绕组回路又不串电阻，所以电流上升很决。当到达所需要的数值时，由于取样电阻反馈控制作用，绕组电流可以恒定在确定的数值卜，而且不随电动机的转速而变化，从而保证在很大的频率范围内电动机都能输出}陌定的转矩。

在环形分配器所给出的相绕组导通时间内，电源电压并不是直向绕组供电，而只是一个个的窄脉冲，总的输入能量是各脉冲时间的电压与电流乘积积分的总和，与其它几种驰动力一式比较，取自电源的能量大幅度下降。因此，这种驭动器有很高的效率。这种驱动器的另一优点是

减少电动机共振现象的发生。山于电动机共振的根本原因是能量过剩，而斩波恒流驱动输入的能量是自动随着绕组电流调节。能量过剩时，续流时间延长，而供电时间减小，因此可减小能量的积聚。实验线路的测试表明，用这种驱动器驱动步进电动机，低频共振现象基本消除，在任何频率下，电动机都可稳定运行。上述斩波恒流驱动中，斩波频率是由绕组的电感、比较器的回差等诸因素决定，没有外来的固定频率。这种斩波电路称为自激式斩波恒流电路，如果用其它办法形成固定的频率来斩波，称为他激式。恒流 斩 波 驱动方式是在专用集成电路中最常用的获得高性能的方式。通常，步进电动机使用较高电压电源，使绕组电流几乎以直线上升到预定值，由电流检测器控制一个斩波控制电路，关断这绕组的功率开关，绕组电流在续流回路中续流并下降，下降至某一设定值或经过某一规定时间后，斩波控制电路又令主功率开关接通。如此反复控制，由功率开关的反复开关对绕组电流进行斩波控制，使电流平均值趋向丁维持恒定。具体控制方法有定频PWM方法或使用单稳电路的关断定脉宽方法，这种方式使步进电动机电流的大小和波形是，1]控的。如果电流的基准值可以设定和控制，结合后面的内容，也就是通过可实现半步、1/4步和微步距控制。

步进电机细分驱动原理

细分的基本概念为:步进电机通过细分驱动器的驱动，其步距角变小了。如驱动器工作在10细分状态时，其步距角只为‘电机固有步距角’的十分之一，也就是:当驱动器工作在不细分的整步状态时，控制系统每发一个步进脉冲，电机转动1.80;而用细分驱动器工作在10细分状态时，电机只转动了0.180。细分功能完全是山驱动器靠精确控制电机的相电流所产生的，与电机无关。驱动器细分后的平要优点为:完全

消除了电机的低频振荡;提高了电机的输出转矩，尤其是对三相反应式电机，其力矩比不细分时提高约30%-40%;提高了电机的分辨率，由于减小了步距角、提高了步距的均匀度，‘提高电机的分辨率’是不言而喻的。以上这些优点，尤其是在性能卜的优点，并不是一个量的变化，而是质的飞跃。因此，在性能上的优点是细分的真正优点。

细分原理当要求步进电动机有更小的步距角，更高的分辨率(即脉冲

当影，或者为减小电动机振动、噪声等原因，可以在每次输入脉冲切换时，不是将绕组电流个部通入或切除，而是只改变相应绕组中额定的一部分，则电动机的合成磁势也只旋转步距角的一部分，转子的每步运行也只有步距角的一部分。这里，绕组电流不是一个方被，而是阶梯波，额定电流是台阶式的投入或切除，电流分成步进电机细分驱动控制器的研究多少个台阶，则转子就以同样的步数转过一个步距角。这种将一个步跟角细分成若干步的驱动方法，称为细分驱动。细分驱动时绕组阶梯电流波形示意图如图2-10所示。细分 技 术 又称为微步距控制技术，是步进电动机开环控制最新技术之一，利用计算机数字处理技术和D/A 转换技术，将图2Fig2-10to 绕组阶梯电流彼推图.Waveform of Winding Current各相绕组电流通过PWM控制，获得律改变其幅值的大小和方向，实现将步进电动机一个整步均分为若干个更细的微步。每个微步距可能是原来基本步距的数卜分之一，甚至是数百分之一。

步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术，其主要目的是提高电机的运转精度，实现步进电机步距角的高精度细分;其次，细分技术的附带功能是减弱或消除步进电机的低频振动。低频振荡是步进电机(尤其是反应式电机)的固有特性，而细分是消除它的唯一途径。如果步进电机有时要在共振区工作(如 走圆弧)，选择细分驱动器是唯一的