三相混合式步進電動機細分器的驅動原理

　　根據正弦電流細分驅動器的基本原理，設計了一種三相混合步進電動機細分驅動器控製器。係統軟件采用電流跟蹤和脈寬調製技術，使三相混合步進電動機的相電流為(wei) 120正弦距離，輸出功率光耦電路采用6個(ge) MOS晶體(ti) 管。該控製器解決(jue) 了傳(chuan) 統三相混合式步進電動機低速齒輪振動大、共振區大、噪聲大的缺陷，提高了步距角像素和控製器的可信度。

　　關(guan) 鍵詞：三相混合步進電動機；細分驅動；空間矢量脈寬調製

　　1前言

　　三相混合步進電動機是這種開環步進電動機內(nei) 分泌係統的組成部分，采用單脈衝(chong) 法工作，輸出角位移。與(yu) DC步進電動機和DC步進電動機相比，它的突出優(you) 點是質優(you) 價(jia) 廉，無累積偏差。但step電動機在運行中存在低頻振蕩、噪聲大、高校像素低等諸多缺點，嚴(yan) 重製約了step電動機的應用範圍。步進電動機的工作特性與(yu) 其控製器密切相關(guan) ，根據驅動器的技術改進可以擺脫步進電動機的缺陷。與(yu) 其他驅動方法相比，細分驅動方法不僅(jin) 可以減小步進電動機的步距角，提高像素，還可以減少或消除高頻振動，使電機運行更加穩定、對稱。kaiyun体育网页版本認為(wei) ，細分驅動操作的實際效果是最好的(zui)。普通低端步進電動機步進控製係統沒有來自步進電動機的反饋，因此隨著電機轉速的提高，其內(nei) 部控製電流相對減小，導致步進損耗。因此，它被廣泛應用於(yu) 速度和精度太低的行業(ye) 。

　　由於(yu) 三相混合式步進電動機比兩(liang) 相混合式步進電動機具有更強的下齒輪單元根檢和輸出扭矩，因此三相混合式步進電動機比兩(liang) 相混合式步進電動機具有更強的應用市場前景。傳(chuan) 統的三相混合步進電動機控製方法都是基於(yu) 硬件配置比較器。本文重點研究了數字信號處理器和空間矢量脈寬調製這種室內(nei) 空間矢量材料優(you) 化算法在保持三相混合步進電動機控製中的應用。

　　2細分的基本原則

　　三相混合式步進電動機的細分運行本質上是基於(yu) 步進電動機的電動機定子繞組中電流流動的運行，使步進電動機內(nei) 部產(chan) 生的電磁場按一定規律變化，從(cong) 而實現步進電動機步進角的細分。最佳(zui)細分方法是恒轉矩等步距角細分。通常情況下，產(chan) 生的電磁場矢量材料的幅值決(jue) 定了電機旋轉力矩的大小，相鄰兩(liang) 個(ge) 產(chan) 生的電磁場矢量材料的交角大小決(jue) 定了步距角的大小。電機內(nei) 部產(chan) 生一個(ge) 接近對稱的圓形旋轉磁場，各相繞組產(chan) 生的電磁場矢量物質，即各相繞組電流的矢量物質在室內(nei) 空間要做一個(ge) 幅度穩定的旋轉和健身運動，所以需要看到各相繞組中的正弦電流。三相混合步進電動機的原理與(yu) 通信交流永磁同步交流步進電動機的原理非常相似。電動機轉子上常用的永磁體(ti) 是高磁密永磁體(ti) 的原材料，因此電動機轉子上的感應電流對電動機轉子電磁場的危害可以忽略不計。類型，等於(yu) 這種多極多數通信交流永磁同步電動機。由於(yu) 輸入是三相電正弦電流，室內(nei) 空間的電磁場充滿了圓形，可以用永磁同步電機電動機的結構實體(ti) 模型來分析三相混合式步進電機電動機的轉矩特性(圖1)。

　　為(wei) 了便於(yu) 分析，可以做出以下假設：

　　A.電動機定子三相繞組完全對稱；

　　B.忽略磁飽和狀態、渦流和鐵芯損耗；

　　C.整個(ge) 過程勵磁電流和電流量無動態響應。

　　三相混合步進電動機的簡單實體(ti) 模型

　　圖1三相混合步進電動機的簡單實體(ti) 模型

　　u、V、W為(wei) 中電動機定子三個(ge) 電磁線圈的繞組，三個(ge) 電磁線圈的繞組中心線為(wei) 120。當電動機單相繞組接通時，穩態轉矩可表示為(wei) ：T=f(i，)。其中，I為(wei) 根據繞組的電流量；是帶有電動機轉子偏移的機器坐標係的視角。由於(yu) 磁飽和狀態的效用可以忽略，而電動機轉子結構是環形的，其矩角的特點是正弦劇烈。

　　即T=k  * I  * sin()，k為(wei) 扭矩常數。

　　如果理想化的電流源用恒定幅值I的三相電流iU、iV和iW的供需平衡電機繞組，

　　即：

　　iU=I*sin(重量)

　　iV=I*sin(重量比2*PI/3)

　　iW=I*sin(wt  4*PI/3)

　　那麽(me) 三相混合式步進電動機各相電流引起的穩態轉矩為(wei) ：

　　TU=k*I*sin(重量)* sin()

　　TV=k  * I  * sin(wt  2 * PI/3)* sin(2 * PI/3)

　　TW=k  * I  * sin(wt  4 * PI/3)* sin(4 * PI/3)

　　在穩態下，=wt，則三相繞組產(chan) 生的轉矩為(wei) ：

　　t=TU  TV  TW=3/2 * k  * I  * sin(PI/2-wt)=3/2 * k  * I

　　左右分析表明，對於(yu) 三相混合步進電動機，當三相繞組以120的距離用正弦電流鍵控時，由於(yu) 內(nei) 部有環形旋轉磁場，電機的輸出轉矩是恒定的。因此，通信交流步進電動機操作的基本原理被應用於(yu) 三相混合步進電動機驅動係統軟件。220V通信交流輸入經整流後轉換為(wei) 直流，再通過脈寬調製技術轉換為(wei) 上、中、下通道的步進正弦波電流。它們(men) 按照固定的時序分別通過上、中、下通道的繞組，每一步都與(yu) 電機的轉動相匹配。根據控製器輸出正弦電流的頻率，改變電動機額定功率，輸出步數定義(yi) 每次旋轉的視角。視角越小，則步數越大，即細分越大。理論上講，這個(ge) 視角可以設置得足夠小，所以精細評分可以相當大。但是通信步驟電動機操縱的每個(ge) 視角都與(yu) 反饋步驟電動機的精度密切相關(guan) ，反饋步驟電動機通常使用2500根導線，因此每個(ge) 步驟的視角隻有0.144度，而以這種方式操縱的步驟電動機的視角，例如它的精細評分是10000，就是0.036度，所以比通常的步驟0x  642線性多了。或許，當step電動機旋轉時，電機各相繞組的電感會(hui) 產(chan) 生反電動勢，頻率越高，反電動勢越大。在它的作用下，電動機的相電流隨著頻率(或速度)的增大而減小，這可能導致轉矩的減小。根據恒流方法，可以在電機的高頻和高頻下保持相同的相電流，從(cong) 而顯著改善高頻下的轉矩特性。這隻是在低擋位，所以它的綜合性能(高低擋位噪音、高速扭矩、高速機組根檢等。)趕不上通訊和通訊工業(ye) 機械手。獲得了距離為(wei) 120的三相電階躍正弦電流。

　　圖2示出了距離為(wei) 120的三相電階躍正弦電流。

　　三相混合步進電動機通常將三相電氣繞組組合成星形或三角形。根據電源電路的基本定律，三相電流相加為(wei) 零。即IU  IV  IW=0。因此，一般隻需要兩(liang) 相繞組的給定數據信號，其他兩(liang) 相就可以得到最(zui)相後繞組的給定數據信號。同樣，隻需對相對兩(liang) 相繞組的比電流進行采樣，即可根據公式計算出最(zui)後相繞組的比電流。

　　三相混合步進電動機控製器的係統軟件組成

　　控製器總體(ti) 方案如圖3所示，包括單片機設計的電源電路、電流跟蹤SPWM電源電路和輸出功率光耦電路。

　　基於(yu) 的控製器總體(ti) 框圖

　　圖3控製器總體(ti) 框圖

　　3.1 DSP控製模塊設計方案

　　在這裏，人們(men) 選擇TI企業(ye) 的DSP作為(wei) CPU集成ic。DSP(Digital  Signal  Processor，數字信號處理器)其實就是這種單片機設計，將中央處理器、控製運算模塊和外部設備集成到一個(ge) 鍾集成ic中。然而，它有自己獨特的特點。——，由於(yu) 在技術上選擇了多條係統總線保持並行處理操作，進一步提高了and運算速度，具有更強的AND運算工作能力和更強的實用性。本文使用的DSP(TMS320LF2407A)是一個(ge) 144引腳的電動機控製專(zhuan) 用集成ic，IO資源豐(feng) 富多彩，四個(ge) 通用定時器，一個(ge) 雙向專(zhuan) 用PWM超聲波發生器，用於(yu) 操作三相電動機(可產(chan) 生6個(ge) PWM數據信號)，另一個(ge) 專(zhuan) 用I/O端口，用於(yu) 接收外部單脈衝(chong) 和方位，簡化了電路原理和軟件開發。

　　數字信號處理器的輸入數據信號包括步進電動機差分信號CP、方位控製數據信號、離線數據信號和過流保護數據信號。這幾種數據信號都是根據高速光耦連接到DSP的引腳，另一種還有細分步數計數和電流選擇的數據信號。當離線數據信號合理時，控製器輸出到電機的電流被切斷，發電機電動機轉子隨機(離線狀態)。反饋電流根據DSP內(nei) 置的10位模數轉換器(AD)進行采樣。反饋電流按照必要的算法優(you) 化後，三相混合步進電動機由DSP內(nei) 置的PWM口輸出控製。

　　3.2電流跟蹤控製回路這種傳(chuan) 輸是指模擬工作電壓的幅值是指采樣電流或工作電壓的大小，其關(guan) 鍵是采樣A、B兩(liang) 相電流和母線電壓檢查，保持電機的流量控製及其過壓、欠壓、過流保護。根據采樣電阻，控製器檢查步驟電動機繞組的具體(ti) 電流。在與(yu) 設定電流比較後，它通過磁滯比較器控製器。控製器的輸出數據信號由頻率為(wei) 20KHz的三角波載波輸出，產(chan) 生脈寬調製數據信號(PWM)。根據輸出功率驅動器接口電路，操作功率集成電路過程導通和關(guan) 斷，從(cong) 而可以跟蹤三相混合階躍電動機的繞組的特定電流，並給出參考數據信號，該參考數據信號根據給定的正弦規律進行變換。

　　3.3輸出功率光耦合器電路

　　控製器的主控製回路為(wei) 交流-DC-交流工作電壓逆變電源，由整流濾波電路、三相逆變電源及其步進電動機組成。整流濾波電路構成交流電壓源，將220伏和50赫茲(zi) 的交流電轉換成DC穩壓電源。逆變電源保持交流到DC變頻交流電流的轉換，並為(wei) 三相混合步進電動機的電動機定子繞組提供規定的交流電壓。逆變電源由飛兆公司生產(chan) 的6根G30N60B3DMOS管組成，構成三相電動逆變電源橋。控製器選擇兩(liang) 個(ge) 電阻來檢測階躍電動機相電流的瞬時值。

　　輸出功率光耦電路的關(guan) 鍵是輸出功率控製模塊(MOS晶體(ti) 管)。MOS晶體(ti) 管和電流跟蹤PWM輸出必須按照專(zhuan) 用高速光耦連接。根據MOS管的過電流值和電機穀值的線電流，采用合適的MOS管，即三相混合步進電動機的線電流穀值低於(yu) MOS管的較大電流。在該設計方案中，電機較大的相電流為(wei) 8.1A，是相電流的有效值，穀值相電流為(wei) 8.1 8.1* sqrt(2)=11.312A另外，三相混合式步進電動機的繞組呈三角形連接時，線電流為(wei) 相電流的3倍，因此線電流的穀值為(wei) 19.6A，根據G30N60B3DPDF的文本文件，其最大(zui)大流量值為(wei) 30A，因此可以保證所有正常工作標準，適度熱管散熱設計方案，保證內(nei) 部結溫畢竟低於(yu) 150，所以需要額外加熱散熱器，強製風冷，保證MOS管正常工作。

　　3.4並行端口通信：

　　為(wei) 了防止在整個(ge) 操作過程中因斷電或其他異常原因造成的損壞，感應通電RAM用於(yu) 存放電機零件，以確保撥打電話後可以再次生產(chan) 加工鋼鐵零件。並口RAM比傳(chuan) 統的E2ROM速率傳(chuan) 輸更快、更可靠，可以更合理地記錄電機運行情況，但占用CPU更多的I/O口，CPU有足夠的資源應用。3.5監控軟件的步驟

　　主程序流程圖

　　主程序流程圖

　　中斷部分流程圖

　　中斷部分流程圖

　　為(wei) 了降低功耗並保持電動機，設置了全自動半電流動作，由遲滯比較器完全調整。

　　四相混合步進電動機控製器介紹

　　3HB0822M是一款控製器，以精確的正弦電流輸出操作三相混合步進電動機。驅動器的工作電壓範圍為(wei) 110V-220V，適用於(yu) 所有直徑為(wei) 110、130、150係列產(chan) 品，驅動電流在10A以下的三相混合步進電動機。具有斷電時位置記憶功能。三相混合式步進電動機控製器控製麵板上的8位撥動開關(guan) ，可以輕鬆保持對不同步進電動機電流和不同細分步長的精確控製(獨特的電流和細分設置可根據客戶的規定定製)，輸入數據信號采用光學保護，抗幹擾性能強，可融入極端自然環境。此外，這款三相混合式步進電動機控製器驅動器的步進電動機可以在較寬的頻率範圍內(nei) 保持步進電動機較大的輸出扭矩不變，運行穩定，噪音極低，特別適合大扭矩、高轉速的場所。

　　5相混合步進電動機控製器引腳接線圖

　　三相混合步進電動機控製器引腳接線圖

　　6相混合步進電動機控製器單/雙單脈衝(chong) 、相電流和優(you) 良性能的設置：