机电驱动技术机电驱动技术任课教师任课教师: : 杨杨 平平机械电子工程学院机械电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，用于数字控制系统脉冲工作方式，用于数字控制系统脉冲工作方式，用于数字控制系统脉冲工作方式，用于数字控制系统2.1.1 2.1.1 种类及特点种类及特点种类及特点种类及特点PMPMPMPM永磁式永磁式永磁式永磁式 永磁转子永磁转子永磁转子永磁转子, , , ,定子电磁铁定子电磁铁定子电磁铁定子电磁铁 , , , , , 小转矩小转矩小转矩小转矩VRVRVRVR反应式反应式反应式反应式 齿形铁芯转子齿形铁芯转子齿形铁芯转子齿形铁芯转子, , , ,定子电磁铁定子电磁铁定子电磁铁定子电磁铁 ，, ,中转矩中转矩中转矩中转矩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 ，, , 较大转矩较大转矩较大转矩较大转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( ( ( (尤其是开环尤其是开环尤其是开环尤其是开环) ) ) )； 2.2.2.2.通电自锁；通电自锁；通电自锁；通电自锁；3.3.3.3.静态发热静态发热静态发热静态发热( ( ( (此时相电流最大此时相电流最大此时相电流最大此时相电流最大, , , ,且绕组不换接且绕组不换接且绕组不换接且绕组不换接) ) ) )；4.4.4.4.动态有失步现象。动态有失步现象。动态有失步现象。动态有失步现象。2.1.22.1.22.1.22.1.2 主要性能指标及概念主要性能指标及概念主要性能指标及概念主要性能指标及概念1. 1. 步距角步距角步距角步距角 : : 输入单位脉冲输入单位脉冲输入单位脉冲输入单位脉冲, , 步进电机转过的角度步进电机转过的角度步进电机转过的角度步进电机转过的角度2. 2. 相相相相: : 控制绕组的个数控制绕组的个数控制绕组的个数控制绕组的个数 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变换器在一个电压变化周期内的换相次数称为在一个电压变化周期内的换相次数称为在一个电压变化周期内的换相次数称为在一个电压变化周期内的换相次数称为“ “拍拍拍拍” ”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绕组换相使绕组换相使绕组换相使绕组换相形成旋转磁场形成旋转磁场形成旋转磁场形成旋转磁场4. 4. 起动转矩起动转矩起动转矩起动转矩: : : : 转速由转速由转速由转速由0000设定转速时设定转速时设定转速时设定转速时 所能驱动的最大负载转矩所能驱动的最大负载转矩所能驱动的最大负载转矩所能驱动的最大负载转矩5. 5. ( (最大最大最大最大) )静转矩静转矩静转矩静转矩: : 转子不转时的电磁转矩转子不转时的电磁转矩转子不转时的电磁转矩转子不转时的电磁转矩, ,是步进是步进是步进是步进 电机的转矩最大值电机的转矩最大值电机的转矩最大值电机的转矩最大值反映了反映了反映了反映了 制动能力和低速负载能力制动能力和低速负载能力制动能力和低速负载能力制动能力和低速负载能力6. 6. ( (失步转矩失步转矩失步转矩失步转矩) )动转矩动转矩动转矩动转矩: : 不失步的极限转矩不失步的极限转矩不失步的极限转矩不失步的极限转矩7. 7. 起动频率起动频率起动频率起动频率: : 步进电机不失步起动的最大频率。步进电机不失步起动的最大频率。步进电机不失步起动的最大频率。步进电机不失步起动的最大频率。 负载大则起动频率低负载大则起动频率低负载大则起动频率低负载大则起动频率低8. 8. 最大空载运行频率最大空载运行频率最大空载运行频率最大空载运行频率( (最大响应频率最大响应频率最大响应频率最大响应频率) ): : 不失步运行的极限频率不失步运行的极限频率不失步运行的极限频率不失步运行的极限频率2.2 2.2 步进电机的驱动与控制步进电机的驱动与控制 步进电动机控制系统组成框图步进电动机控制系统组成框图步进电动机控制系统组成框图步进电动机控制系统组成框图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 环形分配器环形分配器 环分方式环分方式环分方式环分方式 a. a. 硬件环分硬件环分硬件环分硬件环分: : 分立元件、专用环分芯片分立元件、专用环分芯片分立元件、专用环分芯片分立元件、专用环分芯片( (集成块集成块集成块集成块) ) b.b. 软件环分软件环分软件环分软件环分: : 单片机单片机单片机单片机(I/O(I/O口口口口) )、光耦、各绕组、光耦、各绕组、光耦、各绕组、光耦、各绕组于建立旋转磁场于建立旋转磁场于建立旋转磁场于建立旋转磁场) ) 绕组绕组绕组绕组按事先规定的时间顺序通按事先规定的时间顺序通按事先规定的时间顺序通按事先规定的时间顺序通/ /断电断电断电断电( (相当相当相当相当步进电机各相步进电机各相步进电机各相步进电机各相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频率控制脉冲频率控制脉冲频率控制脉冲频率转速转速转速转速3. 3. 驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路 高高高高/ /低压驱动电路低压驱动电路低压驱动电路低压驱动电路( (功耗小功耗小功耗小功耗小, ,电流波形较佳电流波形较佳电流波形较佳电流波形较佳) )启动启动启动启动: :高压高压高压高压 低压低压低压低压 加到绕组加到绕组加到绕组加到绕组, , 绕组电流绕组电流绕组电流绕组电流= =额定电流额定电流额定电流额定电流当绕组电流当绕组电流当绕组电流当绕组电流 额定电流额定电流额定电流额定电流1-21-2倍时倍时倍时倍时, ,断开断开断开断开, ,( (以较大转矩升速以较大转矩升速以较大转矩升速以较大转矩升速) ) 加到绕组加到绕组加到绕组加到绕组, , 使绕组电流迅速上升使绕组电流迅速上升使绕组电流迅速上升使绕组电流迅速上升 高高高高/ / / /低压驱动电路低压驱动电路低压驱动电路低压驱动电路 高高高高/ / / /低压驱动电路的电压和电流波形图低压驱动电路的电压和电流波形图低压驱动电路的电压和电流波形图低压驱动电路的电压和电流波形图(a)(a)(a)(a)脉冲电压脉冲电压脉冲电压脉冲电压 (b)(b)(b)(b)绕组电压绕组电压绕组电压绕组电压 (c)(c)(c)(c)绕组电流绕组电流绕组电流绕组电流 斩波限流驱动电路斩波限流驱动电路斩波限流驱动电路斩波限流驱动电路 采用采用采用采用VMOSVMOS大功率场效应管大功率场效应管大功率场效应管大功率场效应管( (高压高压高压高压/ /大电流功率管大电流功率管大电流功率管大电流功率管) )作为驱动电路功率元件。作为驱动电路功率元件。作为驱动电路功率元件。作为驱动电路功率元件。图中图中图中图中V V1 1、V V2 2管工作在开关状态，电流波形更好管工作在开关状态，电流波形更好管工作在开关状态，电流波形更好管工作在开关状态，电流波形更好（前（前（前（前/ /后沿陡，因限流斩波使电流无突跳），效率后沿陡，因限流斩波使电流无突跳），效率后沿陡，因限流斩波使电流无突跳），效率后沿陡，因限流斩波使电流无突跳），效率更高。更高。更高。更高。THE END