1、特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制1Stepping Motors特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制2機(jī)理機(jī)理：步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理，將脈沖信號(hào)步進(jìn)電機(jī)是利用電磁鐵原理，將脈沖信號(hào) 轉(zhuǎn)換成線(xiàn)位移或角位移的電機(jī)。每來(lái)一個(gè)轉(zhuǎn)換成線(xiàn)位移或角位移的電機(jī)。每來(lái)一個(gè) 電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，帶動(dòng)機(jī)械移電脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度，帶動(dòng)機(jī)械移 動(dòng)一小段距離。動(dòng)一小段距離。 特點(diǎn)特點(diǎn)：(1)給一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。給一個(gè)脈沖，轉(zhuǎn)一個(gè)步距角。 (2)控制脈沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速?？刂泼}沖頻率，可控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。 (3)改變脈沖順序，改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。改變脈沖順序，改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制3以反應(yīng)

2、式為例說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理以反應(yīng)式為例說(shuō)明步進(jìn)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理通常按勵(lì)磁方式分為三大類(lèi)：通常按勵(lì)磁方式分為三大類(lèi)：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的種類(lèi)：特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制43.1.1 3.1.1 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)特點(diǎn)特點(diǎn) 定轉(zhuǎn)子開(kāi)小定轉(zhuǎn)子開(kāi)小齒齒 定轉(zhuǎn)子均為定轉(zhuǎn)子均為軟磁材料軟磁材料1)1) 小步距小步距特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制5 步進(jìn)電機(jī)主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子。它們均步進(jìn)電機(jī)主要由兩部分構(gòu)成：定子和轉(zhuǎn)子。它們均由磁性材料構(gòu)成，其上分別有六個(gè)、四個(gè)磁極由磁性材料構(gòu)成，其上分別有六個(gè)、四個(gè)磁極 。定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子定子繞組定子繞組

3、特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制6定子的六個(gè)磁極上有控制繞組，兩個(gè)相對(duì)的磁極組定子的六個(gè)磁極上有控制繞組，兩個(gè)相對(duì)的磁極組成一相。成一相。這里的相和三相交流電中的這里的相和三相交流電中的“相相”的概念不的概念不同。步進(jìn)機(jī)通的是直流電脈沖，這主要是指線(xiàn)路的同。步進(jìn)機(jī)通的是直流電脈沖，這主要是指線(xiàn)路的聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。聯(lián)接和組數(shù)的區(qū)別。ABC定子定子轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子IAIBIC特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制7永磁式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)永磁式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)特點(diǎn) 轉(zhuǎn)子磁極為轉(zhuǎn)子磁極為永磁材料永磁材料 定子每極相定子每極相數(shù)等于轉(zhuǎn)子數(shù)等于轉(zhuǎn)子極數(shù)極數(shù)1)1) 不開(kāi)小齒，不開(kāi)小齒，大步矩、大大步矩、大力矩力矩特種電機(jī)

4、及其控制特種電機(jī)及其控制8混合式步進(jìn)電機(jī)混合式步進(jìn)電機(jī)(Hybrid)(Hybrid)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子永磁、兩極，定轉(zhuǎn)子均開(kāi)小齒，混合二特點(diǎn)：轉(zhuǎn)子永磁、兩極，定轉(zhuǎn)子均開(kāi)小齒，混合二者優(yōu)點(diǎn)。者優(yōu)點(diǎn)。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制93.1.2 工作方式工作方式 三相步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：三相步進(jìn)電機(jī)的工作方式可分為：三相單三拍、三相單三拍、三相單雙六拍、三相雙三拍三相單雙六拍、三相雙三拍等等。（1 1）三相繞組聯(lián)接方式：）三相繞組聯(lián)接方式：Y 型型（2 2）三相繞組中的通電順序?yàn)椋海┤嗬@組中的通電順序?yàn)椋篈 相相 B 相相 C 相相通電順序也可以為：通電順序也可以為： A 相相 C 相相

5、 B 相相 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制10（3）工作過(guò)程）工作過(guò)程化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁化，吸引轉(zhuǎn)子，使轉(zhuǎn)子的位置力圖使通電相磁路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對(duì)齊停止轉(zhuǎn)動(dòng)。路的磁阻最小，使轉(zhuǎn)、定子的齒對(duì)齊停止轉(zhuǎn)動(dòng)。A 相通電，相通電，A 方向的磁方向的磁通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。通經(jīng)轉(zhuǎn)子形成閉合回路。若轉(zhuǎn)子和磁場(chǎng)軸線(xiàn)方向若轉(zhuǎn)子和磁場(chǎng)軸線(xiàn)方向原有一定角度，則在磁原有一定角度，則在磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子被磁場(chǎng)的作用下，轉(zhuǎn)子被磁A A 相通電使轉(zhuǎn)子相通電使轉(zhuǎn)子1 1、3 3齒和齒和 AA 對(duì)齊。對(duì)齊。CABBCA3412特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制11CABBCA3412B相通電，

6、轉(zhuǎn)子相通電，轉(zhuǎn)子2、4齒齒和和B相軸線(xiàn)對(duì)齊，相對(duì)相軸線(xiàn)對(duì)齊，相對(duì)A相通電位置轉(zhuǎn)相通電位置轉(zhuǎn)30 ；1C342CABBAC相通電再轉(zhuǎn)相通電再轉(zhuǎn)30 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制12這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，這種工作方式，因三相繞組中每次只有一相通電，而且，一個(gè)循環(huán)周期共包括三個(gè)脈沖，所以稱(chēng)三相而且，一個(gè)循環(huán)周期共包括三個(gè)脈沖，所以稱(chēng)三相單三拍。單三拍。三相單三拍的特點(diǎn)：三相單三拍的特點(diǎn)：（1）每來(lái)一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)）每來(lái)一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò) 30 。此角稱(chēng)為。此角稱(chēng)為步距角，用步距角，用 S表示。表示。（2）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三相線(xiàn)圈通電的順序，）轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于三

7、相線(xiàn)圈通電的順序，改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。改變通電順序即可改變轉(zhuǎn)向。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制13二、三相單雙六拍二、三相單雙六拍三相繞組的通電順序?yàn)椋喝嗬@組的通電順序?yàn)椋?AABBBCCCAA 共六拍。共六拍。工作過(guò)程：工作過(guò)程：A相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子1 1、3 3齒和齒和A相對(duì)齊。相對(duì)齊。CABBCA3412特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制14所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對(duì)所以轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到兩磁拉力平衡的位置上。相對(duì)AA 通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)了15。（1）BB 磁場(chǎng)對(duì)磁場(chǎng)對(duì) 2、4 齒有磁拉力，該拉力使齒有磁拉力，該拉力使 轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)子順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。A、

8、B相同時(shí)通電相同時(shí)通電（2）AA 磁場(chǎng)繼續(xù)對(duì)磁場(chǎng)繼續(xù)對(duì)1、3齒有拉力。齒有拉力。CABBCA3412特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制15總之，每個(gè)循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱(chēng)總之，每個(gè)循環(huán)周期，有六種通電狀態(tài)，所以稱(chēng)為三相六拍，步距角為為三相六拍，步距角為15 。CABBCA3412B相通電，相通電，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)子2、4齒和齒和B相對(duì)齊，又轉(zhuǎn)了相對(duì)齊，又轉(zhuǎn)了15 。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制16三、三相雙三拍三、三相雙三拍三相繞組的通電順序?yàn)椋喝嗬@組的通電順序?yàn)椋?AB BC CA AB 共三拍。共三拍。AB通電通電CABBCA3412CABBCA3412BC通電通電特種電機(jī)及其控制特種

9、電機(jī)及其控制17以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六以上三種工作方式，三相雙三拍和三相單雙六拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。拍較三相單三拍穩(wěn)定，因此較常采用。工作方式為三相雙三工作方式為三相雙三拍時(shí)，每通入一個(gè)電拍時(shí)，每通入一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)脈沖，轉(zhuǎn)子也是轉(zhuǎn)30 ，即，即 S = 30 。CA通電通電CABBCA3412特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制183.1.3 小步距角的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)小步距角的步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 實(shí)際采用的步進(jìn)電機(jī)的步距角多為實(shí)際采用的步進(jìn)電機(jī)的步距角多為3度和度和1.5 度，步距角越小，機(jī)加工的精度越高。度，步距角越小，機(jī)加工的精度越高。為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多

10、齒的，為產(chǎn)生小步距角，定、轉(zhuǎn)子都做成多齒的，圖中轉(zhuǎn)子圖中轉(zhuǎn)子40個(gè)齒，定子仍是個(gè)齒，定子仍是 6個(gè)磁極，但每個(gè)磁個(gè)磁極，但每個(gè)磁極上也有五個(gè)齒。極上也有五個(gè)齒。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制19轉(zhuǎn)子的齒距轉(zhuǎn)子的齒距等于等于360 / 40=9 ，齒寬、齒槽各，齒寬、齒槽各4.5 。 為使轉(zhuǎn)、定子的齒對(duì)齊，定子磁極上的小齒，為使轉(zhuǎn)、定子的齒對(duì)齊，定子磁極上的小齒，齒寬和齒槽和轉(zhuǎn)子相同。齒寬和齒槽和轉(zhuǎn)子相同。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制20工作原理：工作原理：假設(shè)是單三拍通電工作方式。假設(shè)是單三拍通電工作方式。（1）A 相通電時(shí)，定子相通電時(shí)，定子A 相的五個(gè)小齒和轉(zhuǎn)子對(duì)相的五個(gè)小齒和轉(zhuǎn)子對(duì)

11、齊。此時(shí)，齊。此時(shí)，B 相和相和 A 相空間差相空間差120120 ，含，含 120120 /9/9 = = 齒齒 A 相和相和 C 相差相差240240 ，含，含240240 / / 9 9 = = 個(gè)個(gè)齒。所以，齒。所以，A 相的轉(zhuǎn)子、定子的五個(gè)小齒對(duì)相的轉(zhuǎn)子、定子的五個(gè)小齒對(duì)齊時(shí)，齊時(shí)，B 相、相、C 相不能對(duì)齊，相不能對(duì)齊，B相的轉(zhuǎn)子、相的轉(zhuǎn)子、定子相差定子相差 1/3 1/3 個(gè)齒（個(gè)齒（3 3 ），），C相的轉(zhuǎn)子、定相的轉(zhuǎn)子、定子相差子相差2/32/3個(gè)齒（個(gè)齒（6 6 ）。）。31133226特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制21若工作方式改為三相六拍，則每通一個(gè)電脈沖，若工作方式

12、改為三相六拍，則每通一個(gè)電脈沖，轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子只轉(zhuǎn) 1.5 。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向仍由相序決定。步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向仍由相序決定。同理，同理，C 相通電再轉(zhuǎn)相通電再轉(zhuǎn)3 （2）A 相斷電、相斷電、B 相通電后，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過(guò)相通電后，轉(zhuǎn)子只需轉(zhuǎn)過(guò)1/3個(gè)個(gè) 齒（齒（3 ），使），使 B 相轉(zhuǎn)子、定子對(duì)齊。相轉(zhuǎn)子、定子對(duì)齊。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制223.1.4 步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)步進(jìn)電機(jī)的特點(diǎn)1 1）步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，每相繞組由步進(jìn)電機(jī)工作時(shí)，每相繞組由專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)電源專(zhuān)門(mén)的驅(qū)動(dòng)電源通通過(guò)過(guò)“環(huán)形分配器環(huán)形分配器”按一定規(guī)律按一定規(guī)律輪流通電。輪流通電。步進(jìn)電機(jī)輪流通電方式步進(jìn)電機(jī)輪流通電方式分配方式

13、分配方式每一次循環(huán)所包含的通電狀態(tài)數(shù)每一次循環(huán)所包含的通電狀態(tài)數(shù)拍數(shù)拍數(shù)狀態(tài)數(shù)狀態(tài)數(shù)= =相數(shù)相數(shù)單拍制分配方式單拍制分配方式 ( (如：三相單三拍、四相雙四拍如：三相單三拍、四相雙四拍) )狀態(tài)數(shù)狀態(tài)數(shù)= =相數(shù)的兩倍相數(shù)的兩倍雙拍制分配方式雙拍制分配方式 ( (如：三相六拍、四相八拍如：三相六拍、四相八拍) )Nff 相通電脈沖頻率通電脈沖頻率拍數(shù)拍數(shù)特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制23步進(jìn)機(jī)通過(guò)一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度步進(jìn)機(jī)通過(guò)一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過(guò)的角度,稱(chēng)為稱(chēng)為N:一個(gè)周期的運(yùn)行拍數(shù)一個(gè)周期的運(yùn)行拍數(shù)Zr：轉(zhuǎn)子齒數(shù)：轉(zhuǎn)子齒數(shù)NZrS360如：如：Zr=40 , N=3 時(shí)時(shí)3340360

14、S2) 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)特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制24 3) 轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速每輸入一個(gè)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)每輸入一個(gè)脈沖，電機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)NZrS360min)/(63603606060rfNZfNZfnsrr即轉(zhuǎn)過(guò)整個(gè)圓周的即轉(zhuǎn)過(guò)整個(gè)圓周的1/(Z1/(Zr rN N）, , 也就是也就是1/(Z1/(Zr rN N）轉(zhuǎn)）轉(zhuǎn)因此每分鐘轉(zhuǎn)過(guò)的圓周數(shù)，即轉(zhuǎn)速為因此每分鐘轉(zhuǎn)過(guò)的圓周數(shù)，即轉(zhuǎn)速為4)4)步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力步進(jìn)電機(jī)具有自鎖能力當(dāng)控制脈沖停止輸入、而使最后一個(gè)脈沖控制的繞當(dāng)控制脈沖停止輸入、而使最后一個(gè)脈沖控制的繞組繼續(xù)通電

15、時(shí)，電機(jī)可以保持在固定位置。組繼續(xù)通電時(shí)，電機(jī)可以保持在固定位置。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制25步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩和失步是步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩和失步是種普遍存在的現(xiàn)象，它種普遍存在的現(xiàn)象，它影響應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行，國(guó)此要盡力去避免。影響應(yīng)用系統(tǒng)的正常運(yùn)行，國(guó)此要盡力去避免。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩現(xiàn)象主要發(fā)生于：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩現(xiàn)象主要發(fā)生于：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在低頻區(qū)；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在低頻區(qū)；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在共振區(qū)；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在共振區(qū)；步進(jìn)電動(dòng)機(jī)突然停車(chē)時(shí)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)突然停車(chē)時(shí)。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制261 1）低頻振蕩：）低頻振蕩：當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在區(qū)時(shí)，由于勵(lì)磁脈沖間

16、隔的區(qū)時(shí)，由于勵(lì)磁脈沖間隔的時(shí)間較長(zhǎng)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)表現(xiàn)為時(shí)間較長(zhǎng)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)表現(xiàn)為。當(dāng)勵(lì)磁開(kāi)始時(shí)，轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下加速轉(zhuǎn)動(dòng)。在當(dāng)勵(lì)磁開(kāi)始時(shí)，轉(zhuǎn)子在電磁力的作用下加速轉(zhuǎn)動(dòng)。在到達(dá)平衡點(diǎn)時(shí)。電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速最到達(dá)平衡點(diǎn)時(shí)。電磁驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為零，但轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速最大由于慣性，轉(zhuǎn)子沖過(guò)平衡點(diǎn)。這時(shí)電磁力產(chǎn)生負(fù)大由于慣性，轉(zhuǎn)子沖過(guò)平衡點(diǎn)。這時(shí)電磁力產(chǎn)生負(fù)轉(zhuǎn)還，轉(zhuǎn)子在負(fù)轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)速逐漸為零，并開(kāi)轉(zhuǎn)還，轉(zhuǎn)子在負(fù)轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)速逐漸為零，并開(kāi)始反向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)過(guò)平衡點(diǎn)后。電磁力又產(chǎn)生始反向轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)轉(zhuǎn)子反轉(zhuǎn)過(guò)平衡點(diǎn)后。電磁力又產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩，迫使轉(zhuǎn)子又正向轉(zhuǎn)動(dòng)。如此下去，形成轉(zhuǎn)子正轉(zhuǎn)矩，迫使轉(zhuǎn)子

17、又正向轉(zhuǎn)動(dòng)。如此下去，形成轉(zhuǎn)子圍繞平衡點(diǎn)的振蕩。由于有機(jī)械摩擦和電磁阻尼的作圍繞平衡點(diǎn)的振蕩。由于有機(jī)械摩擦和電磁阻尼的作用，這個(gè)振蕩表現(xiàn)為衰減振蕩、最終穩(wěn)定在平衡點(diǎn)。用，這個(gè)振蕩表現(xiàn)為衰減振蕩、最終穩(wěn)定在平衡點(diǎn)。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制272 2） 低頻共振：低頻共振：當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖頻率接近步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的固有振蕩當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的脈沖頻率接近步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的固有振蕩頻率或振蕩頻率的分頻或倍頻時(shí)，會(huì)使振蕩加劇，嚴(yán)頻率或振蕩頻率的分頻或倍頻時(shí)，會(huì)使振蕩加劇，嚴(yán)重時(shí)造成失步。重時(shí)造成失步。當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在高頻區(qū)時(shí)，由于換相周期短，轉(zhuǎn)當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在高頻區(qū)時(shí)，由于換相周期短，轉(zhuǎn)子來(lái)不及反沖。同

18、時(shí)。繞組中的電流尚未上升到穩(wěn)定子來(lái)不及反沖。同時(shí)。繞組中的電流尚未上升到穩(wěn)定值，轉(zhuǎn)子沒(méi)有獲得足夠的能量，所以在這個(gè)上作區(qū)中值，轉(zhuǎn)子沒(méi)有獲得足夠的能量，所以在這個(gè)上作區(qū)中不會(huì)產(chǎn)生振蕩。不會(huì)產(chǎn)生振蕩。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制282 2、 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步原因有步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的失步原因有2 2種：種：這主要發(fā)這主要發(fā)生在制動(dòng)和突然換向時(shí)，轉(zhuǎn)子獲得過(guò)多的能量，產(chǎn)生生在制動(dòng)和突然換向時(shí)，轉(zhuǎn)子獲得過(guò)多的能量，產(chǎn)生嚴(yán)重的過(guò)沖，引起失步。嚴(yán)重的過(guò)沖，引起失步。例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，如果脈沖的頻率較高，由于例：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)在啟動(dòng)時(shí)，如果脈沖的頻率較高，由于電動(dòng)機(jī)來(lái)不及獲得足夠的能量，轉(zhuǎn)子無(wú)法跟上旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)電動(dòng)

19、機(jī)來(lái)不及獲得足夠的能量，轉(zhuǎn)子無(wú)法跟上旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的速度，所以引起失步。因此，的速度，所以引起失步。因此，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有一個(gè)啟動(dòng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)有一個(gè)啟動(dòng)頻率頻率。超過(guò)啟動(dòng)頻率啟動(dòng)時(shí)，肯定會(huì)產(chǎn)少失步。超過(guò)啟動(dòng)頻率啟動(dòng)時(shí)，肯定會(huì)產(chǎn)少失步。注意：注意：?jiǎn)?dòng)頻率不是一個(gè)固定值啟動(dòng)頻率不是一個(gè)固定值提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、減小負(fù)提高電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)矩、減小負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、減小步距角都可以提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、減小步距角都可以提高步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)頻率。頻率。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制29消除振蕩消除振蕩機(jī)械阻尼法和電子阻尼法機(jī)械阻尼法和電子阻尼法機(jī)械阻尼法比較單一，就是在電動(dòng)機(jī)軸上加阻尼器，機(jī)械阻尼法比較單一，就是

20、在電動(dòng)機(jī)軸上加阻尼器，電子阻尼法則有多種：電子阻尼法則有多種：1)1)多相勵(lì)磁法多相勵(lì)磁法多相勵(lì)磁會(huì)產(chǎn)生電磁阻尼，削弱或消除振蕩現(xiàn)象，如多相勵(lì)磁會(huì)產(chǎn)生電磁阻尼，削弱或消除振蕩現(xiàn)象，如電動(dòng)機(jī)的雙三拍和六柏方式。電動(dòng)機(jī)的雙三拍和六柏方式。2)2)變頻變壓法變頻變壓法步進(jìn)電機(jī)在高頻和在低頻時(shí)轉(zhuǎn)子所獲得的能量不一樣。步進(jìn)電機(jī)在高頻和在低頻時(shí)轉(zhuǎn)子所獲得的能量不一樣。在低頻時(shí)，繞組中的電流上升時(shí)間長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子獲得的能量在低頻時(shí)，繞組中的電流上升時(shí)間長(zhǎng)，轉(zhuǎn)子獲得的能量大，因此容易產(chǎn)生振蕩，在高頻時(shí)則相反。所以，可以大，因此容易產(chǎn)生振蕩，在高頻時(shí)則相反。所以，可以設(shè)計(jì)一種電路，使電壓隨頻率的降低而減小，這樣使繞設(shè)

21、計(jì)一種電路，使電壓隨頻率的降低而減小，這樣使繞組在低頻時(shí)的電流減小，可以有效地消除振蕩。組在低頻時(shí)的電流減小，可以有效地消除振蕩。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制303)3)細(xì)分步法細(xì)分步法將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組中的穩(wěn)定電流分成若干級(jí)，每進(jìn)一將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)繞組中的穩(wěn)定電流分成若干級(jí)，每進(jìn)一步，電流升一級(jí)，也相對(duì)地提高步進(jìn)頻率，使步進(jìn)過(guò)步，電流升一級(jí)，也相對(duì)地提高步進(jìn)頻率，使步進(jìn)過(guò)程平穩(wěn)進(jìn)行。程平穩(wěn)進(jìn)行。4)4)反相阻尼法反相阻尼法用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)用于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)制動(dòng)在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子要過(guò)平衡點(diǎn)之前，加一個(gè)反向作用在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子要過(guò)平衡點(diǎn)之前，加一個(gè)反向作用力以平衡慣性力，使轉(zhuǎn)子到達(dá)平衡點(diǎn)時(shí)速度為零，實(shí)

22、力以平衡慣性力，使轉(zhuǎn)子到達(dá)平衡點(diǎn)時(shí)速度為零，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確制動(dòng)。例如，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在單三拍，現(xiàn)準(zhǔn)確制動(dòng)。例如，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)工作在單三拍，正處于正處于B B拍，并希望它停在拍，并希望它停在C C拍，則控制換相拍，則控制換相B-C-B-C,B-C-B-C,第二個(gè)第二個(gè)B B拍起平衡慣性力作用，而不是讓電動(dòng)機(jī)走一步拍起平衡慣性力作用，而不是讓電動(dòng)機(jī)走一步特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制31單相通電時(shí)矩角特性單相通電時(shí)矩角特性1 1、單相通電、單相通電特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制32 e e=0=0無(wú)切向力無(wú)切向力Te=0Te=0 e e00切向力切向力負(fù)轉(zhuǎn)矩負(fù)轉(zhuǎn)矩 e e= = /2 /2 T

23、e=maxTe=max e e= = 兩齒之間兩齒之間切向力抵切向力抵Te=0Te=0 e e 位于下個(gè)位于下個(gè)定子齒附定子齒附近，產(chǎn)生近，產(chǎn)生正轉(zhuǎn)矩正轉(zhuǎn)矩特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制33三相電機(jī)兩相通電的矩角特性三相電機(jī)兩相通電的矩角特性2 2、多相通電、多相通電對(duì)于三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，兩相通電時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩對(duì)于三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，兩相通電時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩與單相通電時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩相同，也就是說(shuō)，三相步與單相通電時(shí)的最大轉(zhuǎn)矩相同，也就是說(shuō)，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能靠增加通電相數(shù)來(lái)提高最大轉(zhuǎn)矩。進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能靠增加通電相數(shù)來(lái)提高最大轉(zhuǎn)矩。多相通電多相通電時(shí)的矩角時(shí)的矩角特性可近特性可近似地由每似地由每相單獨(dú)

24、通相單獨(dú)通電時(shí)的矩電時(shí)的矩角特性疊角特性疊加求出加求出特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制343 3單步運(yùn)行與最大負(fù)載能力單步運(yùn)行與最大負(fù)載能力1 1）負(fù)載）負(fù)載T TL LTTTL L 轉(zhuǎn)子加速轉(zhuǎn)子加速向新平衡點(diǎn)向新平衡點(diǎn)a a 運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制35 步進(jìn)運(yùn)行所能提供的連續(xù)的最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為步進(jìn)運(yùn)行所能提供的連續(xù)的最大驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為A A、B B兩條兩條曲線(xiàn)的交點(diǎn)縱坐標(biāo)曲線(xiàn)的交點(diǎn)縱坐標(biāo)T Tq q。只有當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)短。只有當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)短T TL LT Tq q時(shí)，步進(jìn)時(shí)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)才能帶動(dòng)負(fù)載作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。因此，電動(dòng)機(jī)才能帶動(dòng)負(fù)載作步進(jìn)運(yùn)動(dòng)。因此，T Tq q 稱(chēng)為最大稱(chēng)為最大負(fù)載轉(zhuǎn)

25、矩或啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩或啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩。2 2）負(fù)載）負(fù)載T TL LTTq q-A-A相通電穩(wěn)定平衡位置為相通電穩(wěn)定平衡位置為d d點(diǎn)點(diǎn)A A相相B B相相: :轉(zhuǎn)子位置來(lái)不及變化（慣性），矩角特性轉(zhuǎn)子位置來(lái)不及變化（慣性），矩角特性變?yōu)榍€(xiàn)變?yōu)榍€(xiàn)B,TB,Td d TTL L 轉(zhuǎn)子不能向新平衡點(diǎn)轉(zhuǎn)子不能向新平衡點(diǎn)e e運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制36三相電機(jī)兩相通電的矩角特性三相電機(jī)兩相通電的矩角特性三相步進(jìn)電機(jī)六拍通電方式下，三相步進(jìn)電機(jī)六拍通電方式下，TqTq升高，有助于電機(jī)升高，有助于電機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行。的穩(wěn)定運(yùn)行。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制373.2.3 步進(jìn)電機(jī)的矩頻

26、特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與控制脈沖頻率之間的關(guān)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩與控制脈沖頻率之間的關(guān)系稱(chēng)為矩頻特性系稱(chēng)為矩頻特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩頻特性步進(jìn)電動(dòng)機(jī)矩頻特性下降曲線(xiàn)。以最下降曲線(xiàn)。以最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩（啟大負(fù)載轉(zhuǎn)矩（啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩）動(dòng)轉(zhuǎn)矩）T Tq q為起為起點(diǎn)，隨著控制脈點(diǎn)，隨著控制脈沖頻率增加，步?jīng)_頻率增加，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速逐步升高、而帶逐步升高、而帶負(fù)載能力卻下降負(fù)載能力卻下降共振區(qū)共振區(qū)特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制38矩頻特性下降的原因：矩頻特性下降的原因：步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路1 1）、繞組電感影響：）、繞組電感影響：2 2）鐵耗：鐵耗： 隨著頻率上升，隨著頻率上

27、升，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高，在定子繞組轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速升高，在定子繞組中產(chǎn)生的附加旋轉(zhuǎn)電勢(shì)使電中產(chǎn)生的附加旋轉(zhuǎn)電勢(shì)使電動(dòng)機(jī)受到更大的阻尼轉(zhuǎn)矩，動(dòng)機(jī)受到更大的阻尼轉(zhuǎn)矩，鐵芯的渦損也增加。鐵芯的渦損也增加。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制391)1)減小時(shí)間常數(shù)減小時(shí)間常數(shù)可增大電阻。為了保證通電回路中的電流不變，可增大電阻。為了保證通電回路中的電流不變，在增加電阻的同時(shí)，還要提高電源電壓。在增加電阻的同時(shí)，還要提高電源電壓。2)2)改進(jìn)工作方式改進(jìn)工作方式采用多相勵(lì)磁的工作方式，例如，三相步進(jìn)電動(dòng)采用多相勵(lì)磁的工作方式，例如，三相步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的雙三拍、六拍方式。多相勵(lì)磁工作方式使每機(jī)的雙三拍、六拍方式。多相勵(lì)磁工作

28、方式使每一相通電的時(shí)間延長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)就能獲得較多的能一相通電的時(shí)間延長(zhǎng)，電動(dòng)機(jī)就能獲得較多的能量，使高額時(shí)輸出的轉(zhuǎn)矩增加。量，使高額時(shí)輸出的轉(zhuǎn)矩增加。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制401 1、對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的基本要求、對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的基本要求1）驅(qū)動(dòng)電源的相數(shù)、通電方式和電壓、電流都）驅(qū)動(dòng)電源的相數(shù)、通電方式和電壓、電流都 滿(mǎn)足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需要；滿(mǎn)足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的需要；2）要滿(mǎn)足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率的）要滿(mǎn)足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)頻率和運(yùn)行頻率的要求；要求；3）能最大限度地抑制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩；）能最大限度地抑制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的振蕩；4）工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；）工作可靠，抗干擾能力強(qiáng)；5）成本低、效率

29、高、安裝和維護(hù)方便。）成本低、效率高、安裝和維護(hù)方便。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制412 2、驅(qū)動(dòng)控制器的組成、驅(qū)動(dòng)控制器的組成步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源主要由脈沖發(fā)生器、脈沖步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源主要由脈沖發(fā)生器、脈沖分配器和脈沖放大器（也稱(chēng)功率放大器）三部分分配器和脈沖放大器（也稱(chēng)功率放大器）三部分組成。組成。 脈脈沖沖分分配配器器 脈脈沖沖發(fā)發(fā)生生器器 功功率率放放大大器器 步步進(jìn)進(jìn) 電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī) 指指令令 電電源源 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制42脈沖分配器根據(jù)指令把脈沖按一定的邏輯關(guān)系加到各脈沖分配器根據(jù)指令把脈沖按一定的邏輯關(guān)系加到各相繞組的功率放大器上，使電機(jī)按一定方式運(yùn)行，實(shí)相

30、繞組的功率放大器上，使電機(jī)按一定方式運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)正、反轉(zhuǎn)和定位?，F(xiàn)正、反轉(zhuǎn)和定位。傳統(tǒng)電路：門(mén)電路傳統(tǒng)電路：門(mén)電路+ +觸發(fā)器組成觸發(fā)器組成集成電路：如集成電路：如CH205(CMOS)CH205(CMOS)三相六拍脈沖分配器三相六拍脈沖分配器脈沖發(fā)生器是一個(gè)脈沖頻率在幾赫到幾十千赫內(nèi)可連脈沖發(fā)生器是一個(gè)脈沖頻率在幾赫到幾十千赫內(nèi)可連續(xù)變化的脈沖信號(hào)發(fā)生器。最常見(jiàn)的有多諧振蕩器和續(xù)變化的脈沖信號(hào)發(fā)生器。最常見(jiàn)的有多諧振蕩器和單結(jié)晶體管構(gòu)成的張弛振蕩器兩種。單結(jié)晶體管構(gòu)成的張弛振蕩器兩種。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制43單極性驅(qū)動(dòng)電路：?jiǎn)螛O性驅(qū)動(dòng)電路：適用于反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)適用于反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)

31、機(jī)雙極性驅(qū)動(dòng)電路：雙極性驅(qū)動(dòng)電路：適用于永磁式和混合式步適用于永磁式和混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)進(jìn)電動(dòng)機(jī)特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制44步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單電壓驅(qū)動(dòng)電路步進(jìn)電動(dòng)機(jī)單電壓驅(qū)動(dòng)電路續(xù)流電續(xù)流電路路R R1 1、R R2 2：限流、減小通：限流、減小通電和續(xù)流的時(shí)間常數(shù)電和續(xù)流的時(shí)間常數(shù)線(xiàn)路簡(jiǎn)單線(xiàn)路簡(jiǎn)單功放元件少功放元件少成本低成本低效率低效率低特特 點(diǎn)點(diǎn)3.4.1 單極性驅(qū)動(dòng)電路單極性驅(qū)動(dòng)電路特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制452 2、雙電壓驅(qū)動(dòng)、雙電壓驅(qū)動(dòng)：在低頻段使用較低的電壓驅(qū)動(dòng)，在高頻：在低頻段使用較低的電壓驅(qū)動(dòng)，在高頻段使用較高的電壓驅(qū)動(dòng)段使用較高的電壓驅(qū)動(dòng)低頻：低頻：給給T T1 1

32、低電平低電平關(guān)關(guān)斷。繞組由低電壓斷。繞組由低電壓V VL L供供電，控制脈沖通過(guò)電，控制脈沖通過(guò)T T2 2使使繞組得到低壓脈沖。繞組得到低壓脈沖。高頻：高頻：給給T T1 1高電平高電平導(dǎo)通導(dǎo)通。D D2 2反向截止，切斷低電反向截止，切斷低電壓電源壓電源V VL L，電動(dòng)機(jī)繞組由，電動(dòng)機(jī)繞組由高電壓高電壓V VH H供電、控制脈沖供電、控制脈沖通過(guò)通過(guò)T2T2，使繞組得到高，使繞組得到高壓脈沖。壓脈沖。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制46保證了低頻段仍保證了低頻段仍然只有單電壓驅(qū)然只有單電壓驅(qū)動(dòng)的特點(diǎn)。在高動(dòng)的特點(diǎn)。在高頻段具有良好的頻段具有良好的高頻性能，高頻性能，但仍但仍沒(méi)擺脫單電壓驅(qū)

33、沒(méi)擺脫單電壓驅(qū)動(dòng)的弱點(diǎn)，限流動(dòng)的弱點(diǎn)，限流電阻仍然會(huì)產(chǎn)生電阻仍然會(huì)產(chǎn)生損耗和發(fā)熱。損耗和發(fā)熱。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制47高低壓驅(qū)動(dòng)原理高低壓驅(qū)動(dòng)原理2)2)高低壓法高低壓法：不論電動(dòng)機(jī)工作頻率如何，在繞組通電：不論電動(dòng)機(jī)工作頻率如何，在繞組通電開(kāi)始用高壓供電，使繞組中電流迅速上升，而后用低開(kāi)始用高壓供電，使繞組中電流迅速上升，而后用低壓來(lái)維持繞組中的電流。壓來(lái)維持繞組中的電流。高低壓開(kāi)關(guān)脈沖同時(shí)高低壓開(kāi)關(guān)脈沖同時(shí)起步，高壓脈沖很窄起步，高壓脈沖很窄開(kāi)始時(shí)開(kāi)始時(shí)T T1 1T T2 2同時(shí)導(dǎo)通同時(shí)導(dǎo)通, , V VH H供電，供電，i i迅速上升迅速上升V VH H很快關(guān)斷很快關(guān)斷，V

34、 VL L繼續(xù)供繼續(xù)供電。電。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制48 高低壓驅(qū)動(dòng)法是目前普遍應(yīng)用的一種方法。由于高低壓驅(qū)動(dòng)法是目前普遍應(yīng)用的一種方法。由于這種驅(qū)動(dòng)在低頻時(shí)電流有較大的上沖，電動(dòng)機(jī)低頻這種驅(qū)動(dòng)在低頻時(shí)電流有較大的上沖，電動(dòng)機(jī)低頻噪聲較大。噪聲較大。高低壓驅(qū)動(dòng)原理高低壓驅(qū)動(dòng)原理特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制49 斬波驅(qū)動(dòng)電路斬波驅(qū)動(dòng)電路R R 采樣電阻采樣電阻, ,阻值很小阻值很小比較器輸入：比較器輸入：“-”-”端端-采樣電壓采樣電壓 “ “+”+”端端給定電給定電壓壓與門(mén)與門(mén)3 3、 斬波驅(qū)動(dòng)斬波驅(qū)動(dòng)u ui i為低電平時(shí)為低電平時(shí)TlTl和和T2T2兩個(gè)開(kāi)關(guān)管均截兩個(gè)開(kāi)關(guān)管均

35、截止；止；u ui i為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，T1T1和和T2T2兩個(gè)開(kāi)關(guān)管均兩個(gè)開(kāi)關(guān)管均導(dǎo)通，電源向繞組導(dǎo)通，電源向繞組供電。供電。由于繞組電感的作用，由于繞組電感的作用，R R上的電壓逐漸升高，當(dāng)超過(guò)給上的電壓逐漸升高，當(dāng)超過(guò)給定電壓定電壓u uc c時(shí)時(shí), ,比較器輸出低電平比較器輸出低電平與門(mén)輸出低電平與門(mén)輸出低電平 T1 T1截止截止電源被切斷；當(dāng)取樣電阻上的電壓小于電源被切斷；當(dāng)取樣電阻上的電壓小于u uc c時(shí)，比時(shí)，比較器輸出高電平，與門(mén)也輸出高電平，較器輸出高電平，與門(mén)也輸出高電平，T1T1又導(dǎo)通，電源又導(dǎo)通，電源又開(kāi)始向繞組供電。又開(kāi)始向繞組供電。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及

36、其控制50T T2 2每導(dǎo)通一次，每導(dǎo)通一次，T Tl l導(dǎo)通多導(dǎo)通多次，繞組電流為鋸齒波。次，繞組電流為鋸齒波。在在T T2 2導(dǎo)通期間，電源是脈沖式導(dǎo)通期間，電源是脈沖式供電的，所以提高了電源效率供電的，所以提高了電源效率，并且能有效地抑制共振。由，并且能有效地抑制共振。由于無(wú)需外接限流電阻所以提高于無(wú)需外接限流電阻所以提高了高頻性能，但是，由于電流了高頻性能，但是，由于電流波形為鋸齒形，將會(huì)產(chǎn)生較大波形為鋸齒形，將會(huì)產(chǎn)生較大的電磁噪聲。的電磁噪聲。斬波供電只需單電源。斬波供電只需單電源。斬波供電的電流波形斬波供電的電流波形特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制513.4.2 雙極性驅(qū)動(dòng)電路雙極

37、性驅(qū)動(dòng)電路 1 1、H H橋驅(qū)動(dòng)電路橋驅(qū)動(dòng)電路使用使用H橋驅(qū)動(dòng)，每相繞組必須用一個(gè)橋驅(qū)動(dòng)，每相繞組必須用一個(gè)H橋。當(dāng)電機(jī)的相橋。當(dāng)電機(jī)的相數(shù)較多時(shí)，所用的開(kāi)關(guān)管較多，成本較高數(shù)較多時(shí)，所用的開(kāi)關(guān)管較多，成本較高。為此，可。為此，可采用多相橋式驅(qū)動(dòng)電路，使開(kāi)關(guān)管的數(shù)目減少一半。采用多相橋式驅(qū)動(dòng)電路，使開(kāi)關(guān)管的數(shù)目減少一半。 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制522、五相橋驅(qū)動(dòng)五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)五相橋驅(qū)動(dòng)五相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制53原理原理1 1）電磁力的大小與繞組通電電流的大小有關(guān)。）電磁力的大小與繞組通電電流的大小有關(guān)。2 2）當(dāng)通電相的電流并不馬上升到位，而斷電

38、相的電流）當(dāng)通電相的電流并不馬上升到位，而斷電相的電流也非立即降為也非立即降為0 0時(shí)，它們所產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力，會(huì)使轉(zhuǎn)子時(shí)，它們所產(chǎn)生的磁場(chǎng)合力，會(huì)使轉(zhuǎn)子有一個(gè)新的平衡位置，這個(gè)新的平衡位置是在原來(lái)的有一個(gè)新的平衡位置，這個(gè)新的平衡位置是在原來(lái)的步距角范圍內(nèi)。步距角范圍內(nèi)。例：例：m=3m=3、Z Zr r=40=40、六拍，、六拍， S S=1.5=1.5o o, ,如如4 4細(xì)分，細(xì)分， S S=0.375=0.375o o3.5.1 角度細(xì)分的原理角度細(xì)分的原理將一個(gè)步距角細(xì)分成若干小步的驅(qū)動(dòng)將一個(gè)步距角細(xì)分成若干小步的驅(qū)動(dòng)特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制54 FA(iA) FB(iB)

39、FC(iC) FA(iA) FB(iB) FC(iC) FAB FBC FCA a) a) 三拍通電三拍通電 (b) (b) 六拍通電六拍通電每拍通電使定子合成磁動(dòng)勢(shì)在空間轉(zhuǎn)動(dòng)的角度每拍通電使定子合成磁動(dòng)勢(shì)在空間轉(zhuǎn)動(dòng)的角度減半，則步進(jìn)電機(jī)的步距角減半。減半，則步進(jìn)電機(jī)的步距角減半。 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制554 4細(xì)分時(shí)合成磁動(dòng)勢(shì)的旋轉(zhuǎn)情況細(xì)分時(shí)合成磁動(dòng)勢(shì)的旋轉(zhuǎn)情況 AAB ABB 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制56三相六拍三相六拍4 4細(xì)分細(xì)分特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制573.5.2 角度細(xì)分控制的電路實(shí)現(xiàn)角度細(xì)分控制的電路實(shí)現(xiàn) 恒頻脈寬調(diào)制細(xì)分驅(qū)動(dòng)電路恒頻脈寬調(diào)制細(xì)分驅(qū)動(dòng)

40、電路D D觸發(fā)器觸發(fā)器: : D=“1”, D=“1”, CLRCLR置零置零R2:R2:采樣采樣電阻電阻, ,壓壓降輸入比降輸入比較器較器“- -”特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制581、在時(shí)鐘在時(shí)鐘CLK信號(hào)上升沿指揮下，信號(hào)上升沿指揮下，D型觸發(fā)器型觸發(fā)器能把能把D端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵龆恕］斎攵藷o(wú)端的數(shù)據(jù)傳輸?shù)捷敵龆?。輸入端無(wú)CLK信號(hào)時(shí)，信號(hào)時(shí)，D端信號(hào)對(duì)觸發(fā)器不起作用。端信號(hào)對(duì)觸發(fā)器不起作用。2 2、觸發(fā)器做成、觸發(fā)器做成IC產(chǎn)品時(shí)，其輸入端還增加有置產(chǎn)品時(shí)，其輸入端還增加有置“0”端端(CLR)(CLR)或置或置“1”端。它們不受端。它們不受CLKCLK和和D D信號(hào)的影響，具有最高

41、的優(yōu)先級(jí)。信號(hào)的影響，具有最高的優(yōu)先級(jí)。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制59當(dāng)當(dāng)D/AD/A轉(zhuǎn)換器輸出的轉(zhuǎn)換器輸出的uaua不變時(shí)，恒頻信號(hào)不變時(shí)，恒頻信號(hào)CLKCLK的的上升沿使上升沿使D D觸發(fā)器輸出觸發(fā)器輸出u ub b高電平，使開(kāi)關(guān)管高電平，使開(kāi)關(guān)管TlTl、T2T2導(dǎo)通，繞組中的電流上升，取樣電阻導(dǎo)通，繞組中的電流上升，取樣電阻R2R2上壓上壓降增加。降增加。單片機(jī)為控制主體單片機(jī)為控制主體: : 1)1)通過(guò)定時(shí)器通過(guò)定時(shí)器T0T0輸出輸出20kHz20kHz方波，送方波，送D D觸發(fā)觸發(fā)器，作為恒頻信號(hào)。器，作為恒頻信號(hào)。2)2)輸出階梯電壓的數(shù)字信號(hào)到輸出階梯電壓的數(shù)字信號(hào)到D

42、/AD/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，作為控制信號(hào)作為控制信號(hào). .階梯電壓的每一次變化，都使轉(zhuǎn)子走一細(xì)分步。階梯電壓的每一次變化，都使轉(zhuǎn)子走一細(xì)分步。當(dāng)采樣電壓大于當(dāng)采樣電壓大于uaua時(shí)、比較器輸出低電平，使時(shí)、比較器輸出低電平，使D D觸發(fā)器輸出觸發(fā)器輸出u ub b為為低電平，低電平，TlTl、T2T2截止，繞組的電流下降。當(dāng)截止，繞組的電流下降。當(dāng)R2R2上的壓降小于上的壓降小于uaua時(shí)，比較器輸出高電平，使時(shí)，比較器輸出高電平，使D D 觸發(fā)器輸出高電平，觸發(fā)器輸出高電平，T1T1、T2T2導(dǎo)通導(dǎo)通，繞組中的電流重新上升。，繞組中的電流重新上升。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制60上述過(guò)程反

43、復(fù)進(jìn)行，使繞組上述過(guò)程反復(fù)進(jìn)行，使繞組電流的波頂為鋸齒形。因?yàn)殡娏鞯牟敒殇忼X形。因?yàn)镃LKCLK的頻率較高，鋸齒形波的頻率較高，鋸齒形波紋很小。紋很小。當(dāng)當(dāng)uaua上升突變時(shí)，取樣電阻上上升突變時(shí)，取樣電阻上的壓降小于的壓降小于uaua，電流有較長(zhǎng)的，電流有較長(zhǎng)的上升時(shí)間，電流大幅增長(zhǎng)，上上升時(shí)間，電流大幅增長(zhǎng)，上升一個(gè)階級(jí)。升一個(gè)階級(jí)。當(dāng)當(dāng)uaua下降突變時(shí)，下降突變時(shí)，R2R2上的壓上的壓降有較長(zhǎng)時(shí)間大于降有較長(zhǎng)時(shí)間大于uaua，比較，比較器輸出低電平，電源始終被器輸出低電平，電源始終被切斷使電流值大幅下降，切斷使電流值大幅下降，直到新的階級(jí)為止。直到新的階級(jí)為止。恒頻細(xì)分電流波形恒頻細(xì)

44、分電流波形特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制61關(guān)于細(xì)分驅(qū)動(dòng)的說(shuō)明關(guān)于細(xì)分驅(qū)動(dòng)的說(shuō)明在國(guó)外，步進(jìn)系統(tǒng)主要采用二相混合式步進(jìn)電機(jī)及相應(yīng)的細(xì)分在國(guó)外，步進(jìn)系統(tǒng)主要采用二相混合式步進(jìn)電機(jī)及相應(yīng)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)器。目前，采用細(xì)分技術(shù)已可將原步距角分成數(shù)百份。驅(qū)動(dòng)器。目前，采用細(xì)分技術(shù)已可將原步距角分成數(shù)百份。有人對(duì)有人對(duì)“細(xì)分細(xì)分”還不是特別了解，只是認(rèn)為，細(xì)分是為了提高還不是特別了解，只是認(rèn)為，細(xì)分是為了提高精度，其實(shí)不然，細(xì)分主要是改進(jìn)性能。精度，其實(shí)不然，細(xì)分主要是改進(jìn)性能。以二相電機(jī)為例，假如電機(jī)為以二相電機(jī)為例，假如電機(jī)為3A3A，如果使用常規(guī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)該，如果使用常規(guī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，電機(jī)每運(yùn)行一

45、步，其繞組內(nèi)的電流將從電機(jī)，電機(jī)每運(yùn)行一步，其繞組內(nèi)的電流將從0 0突變?yōu)橥蛔優(yōu)?A3A或或3A3A到到0 0，相電流的巨大變化，必然會(huì)引起電機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)和噪音，相電流的巨大變化，必然會(huì)引起電機(jī)運(yùn)行的振動(dòng)和噪音。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，在。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，在1010細(xì)分的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，每一細(xì)分的狀態(tài)下驅(qū)動(dòng)該電機(jī)，每一電微步，其繞組內(nèi)的電流變化只有電微步，其繞組內(nèi)的電流變化只有0.3A0.3A而不是而不是3A3A，且電流是以，且電流是以曲線(xiàn)規(guī)律變化的，這樣就大大的改善了電機(jī)的振動(dòng)和噪音。曲線(xiàn)規(guī)律變化的，這樣就大大的改善了電機(jī)的振動(dòng)和噪音。性能上的優(yōu)點(diǎn)才是細(xì)分的真正優(yōu)點(diǎn)。由于細(xì)分驅(qū)動(dòng)器要精確控

46、性能上的優(yōu)點(diǎn)才是細(xì)分的真正優(yōu)點(diǎn)。由于細(xì)分驅(qū)動(dòng)器要精確控制電機(jī)的相電流，所以對(duì)驅(qū)動(dòng)器要有相當(dāng)高的技術(shù)要求和成本制電機(jī)的相電流，所以對(duì)驅(qū)動(dòng)器要有相當(dāng)高的技術(shù)要求和成本亦會(huì)較高。亦會(huì)較高。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制623.6 3.6 步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)的單片機(jī)控制 3.6.1 脈沖分配脈沖分配 1. 1. 通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)脈沖分配通過(guò)軟件實(shí)現(xiàn)脈沖分配 P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 P1.4 五五相相 功功率率驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電路路 A B C D E 五五相相 步步進(jìn)進(jìn)電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī) MCS-51 系系列列 單單片片機(jī)機(jī) 二二- -三通電五相十拍運(yùn)行方式三通電五相十拍運(yùn)行方式(AB(A

47、BABCABCBCBCBCDBCDDCDC CDE CDEDEDEDEADEA EAEAEABEABAB) AB) 有有1010個(gè)通電狀態(tài)個(gè)通電狀態(tài)在內(nèi)存區(qū)開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)空間來(lái)存放這在內(nèi)存區(qū)開(kāi)辟一個(gè)存儲(chǔ)空間來(lái)存放這1010種輸出狀態(tài)種輸出狀態(tài)( (控制字控制字) )系統(tǒng)軟件按照電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的要求，依次將系統(tǒng)軟件按照電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的要求，依次將1010個(gè)控制字的內(nèi)容取出來(lái)并個(gè)控制字的內(nèi)容取出來(lái)并送至單片機(jī)的輸出口送至單片機(jī)的輸出口P1P1，每送一個(gè)控制字，就完成一拍，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)，每送一個(gè)控制字，就完成一拍，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)步距角。過(guò)一個(gè)步距角。特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制632. 通過(guò)硬件實(shí)

48、現(xiàn)脈沖分配通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)脈沖分配 P1.0 P1.1 脈脈沖沖 分分配配器器 步步進(jìn)進(jìn)電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī) 步步進(jìn)進(jìn)脈脈沖沖 方方向向電電平平 功功率率 驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電路路 MCS-51 系系列列 單單片片機(jī)機(jī) 步步進(jìn)進(jìn)脈脈沖沖 方方向向電電平平 MCS-51 系系列列單單片片機(jī)機(jī) P1.0 P1.1 8713 脈脈沖沖 分分配配器器 四四相相 步步進(jìn)進(jìn)電電動(dòng)動(dòng)機(jī)機(jī) 功功 率率 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng) 電電 路路 3 4 5 6 7 5V 10 A 11 B 12 C 13 D 通過(guò)脈沖分配器芯片實(shí)現(xiàn)脈沖分配，單片機(jī)只需向脈沖分配器發(fā)送步進(jìn)脈通過(guò)脈沖分配器芯片實(shí)現(xiàn)脈沖分配，單片機(jī)只需向脈沖分配器發(fā)送步進(jìn)脈沖和控制旋轉(zhuǎn)

49、方向的電平信號(hào)沖和控制旋轉(zhuǎn)方向的電平信號(hào) 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制643. 3. 用軟硬件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)脈沖分配用軟硬件相結(jié)合的方法實(shí)現(xiàn)脈沖分配 MCS-51 系列單片機(jī)系列單片機(jī) P1.0 P1.1 P1.2 P1.3 2764 四相四相 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 功功 率率 驅(qū)驅(qū) 動(dòng)動(dòng) 電電 路路 A0 A1 A2 A3 A4 A5 | A12 D0 A D1 B D2 C D3 D OE CE 單片機(jī)的四條數(shù)據(jù)線(xiàn)單片機(jī)的四條數(shù)據(jù)線(xiàn)P1.0P1.3直接接到直接接到EPROM(2764)的低四位地址線(xiàn)上，的低四位地址線(xiàn)上，EPROM的其他地址線(xiàn)均接地，這樣的其他地址線(xiàn)均接地，這樣P1口

50、可選通口可選通EPROM的的16個(gè)狀態(tài)。個(gè)狀態(tài)。 在在EPROMEPROM中存儲(chǔ)各種通電狀態(tài)，如表中存儲(chǔ)各種通電狀態(tài)，如表3-73-7所示。在單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中選所示。在單片機(jī)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中選一個(gè)地址作為輸出狀態(tài)的計(jì)數(shù)器，程序只需把計(jì)數(shù)器加一個(gè)地址作為輸出狀態(tài)的計(jì)數(shù)器，程序只需把計(jì)數(shù)器加1 1送到送到P1P1口，就可口，就可完成一拍。完成一拍。 特種電機(jī)及其控制特種電機(jī)及其控制653.6.2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的速度控制 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度決定于繞組的通電頻率。單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行速度決定于繞組的通電頻率。單片機(jī)控制步進(jìn)電動(dòng)機(jī)速度的方法有兩種：速度的方法有兩種：1. 1. 軟件延時(shí)法軟件延時(shí)法在每次換相之后，調(diào)用一個(gè)延時(shí)子程序，待延時(shí)結(jié)束后，再執(zhí)行換相子程在每次換相之后，調(diào)用一個(gè)延時(shí)子程序，待延時(shí)結(jié)束后，再執(zhí)行換相子程序。周而復(fù)始，即可發(fā)出一定頻率的步進(jìn)脈沖，使電機(jī)按某一確定轉(zhuǎn)速運(yùn)序。周而復(fù)始，即可發(fā)出一定頻率的步進(jìn)脈沖，使電機(jī)按某一確定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)。改變延時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)度就可以改輸出脈沖的頻率，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。轉(zhuǎn)。改變延時(shí)的時(shí)間長(zhǎng)度就可以改輸出脈沖的頻率，從而調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速。2. 2. 定時(shí)器延時(shí)法定時(shí)器延時(shí)法各種單片機(jī)都有數(shù)量不