步进电机驱动器.ppt

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1、步进电机驱动学生：周宁指导老师：吴海彬专业：测试计量技术及仪器目录1、步进电动机及其工作原理介绍2、步进电机驱动器的主要工作原理3、恒压与恒流驱动4、节拍、步距角、细分5、单极与双极驱动6、驱动器产品的使用方法1、步进电动机介绍1.1、介绍步进电动机属于断续运转的同步发动机。它将输入的脉冲信号变换为阶跃的角位移或直线位移，也就是给一个脉冲信号，电动机就转一个角度或者前进一步，因此这种电动机叫步进电动机。因为它输入的既不是正弦交流，也不是恒定直流，而是脉冲电流，所以又叫做脉冲电动机。它是数字控制系统中的一种重要的执行元件，主要

2、用于开环控制系统，也可用于闭环系统。1.2、内部结构1.3、步进电机工作特性1、来一个脉冲，转一个步距角。2、控制脉冲频率，可控制电机的转速。3、改变脉冲顺序，改变转动方向。4、角位移量或线位移量与电脉冲数成正比5、误差不累积，一般为步距角的3%-5%2、步进电动机驱动介绍2.1、步进电机控制系统步进电机是直流电驱动的同步电机，它不能直接由直流电源来驱动，需要配置步进驱动器才能运行。2.2、步进电机驱动器原理图步进电机驱动器：是一种能使步进电机运转的功率放大器，能把控制器发来的脉冲信号转化为步进电动机的角位移的执行机构，电机

3、的转速与脉冲频率成正比，所以控制脉冲频率就可以精准的调速，控制脉冲数就可以精准定位。2.3、环形分配器、功率放大器环形分配器：将来自控制电路的一系列脉冲信号转换成控制步进电机定子绕组通、断电的电平信号，并按一定的规律分配给步进电动机驱动器的各项输入端。环形分配器的输出既是周期的，又是可逆的。功率放大器：将环形分配器输出的mA级电流进行功率放大，一般由前置放大器和功率放大器组成。3、恒流驱动与恒压驱动步进电机驱动步进电机内部的绕组是一个感性负载，采用恒压源供电时，电流的建立过程较长，也就是说力矩的建立过程较长，这就限制了最高转

4、速，因此在转速要求不高的情况下可用恒压源供电；为了使步进电机能快速反应，有的线路采取双电源供电，就是把一个供电过程分成两个阶段，先加较高的电压，以便快速建立电流，当电流达到预定值，再切换为较低的电压；当然也可采用恒流源供电，但这个恒流源不是普通的恒流源，而是针对该步进电机专门设计的，最大输出电压符合电机允许的最高电压，电流也符合电机的正常工作电流。3.1、恒电压驱动1、使用外加电阻的驱动步进电机的绕组使用粗导线时，线圈值很小，如图所示。在各相线圈中，串联外部电阻R，为的是限制绕组流过的电流小于额定电流I。限制绕组流过电流的方

5、法，可采用降低电源电压和串联外部电阻R的两种方法。3.1.1、使用外加电阻的驱动假设步进电机的线圈电感为L，绕组电阻为，电气时间常数为，外加电阻为R时，电气时间常数公式如下：3.1.2、无外加电阻驱动步进电机只有运行在低速下，才不需要外加电阻，线圈直接用电源电压外加功率半导体作恒压驱动，此时步进电机的线圈导线半径较细，匝数较多，电阻值较大。此方法多用于小电流低速驱动方式。3.1.3、步进电机的驱动电源单一电压型驱动电源：电容C可强迫控制电流快速上升，使电流波形前沿更陡，改善波形。当三极管由导通切换到关闭时，在控制绕组中会产生

6、很高的电动势，其极性与电源极性一致，二者叠加起来作用到上，很容易将其击穿。所以并联一个和电阻形成放电回路。（a）单一电压型驱动电源3.1.3、步进电机的驱动电源（b）高、低压切换型驱动电源高、低压切换型驱动电源：高压供电用来加快电流的上升速度，改善电流波形的前沿，低压是为了维持稳定的电流值。控制信号消失时，截止，绕组中的电流经二极管以及电阻向高压电源放点，电流就迅速下降。这种电源效率较高，启动和运行频率也比单一电压型电源要高。3.2、恒电流斩波器驱动额定电流或设置的驱动电流值为时，加电压在绕圈上，若超过所设定的电流值，则把所

7、加的电压V关断，使电流减小，若低于所设定的电流值,则把所加电压V打开，使电流再增加至所设定的电流值。如此反复，使为恒定电流。（a）恒电流斩波器驱动原理3.2、恒电流斩波器驱动（b）恒电流斩波器驱动电路图（a）恒电流斩波器驱动原理4、节拍、步距角、细分驱动电机主要性能指标相数：是指电机内部的线圈组数，目前常用的有两相、三相、五相步进电机。拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数。步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移。节拍单相轮流通电（M相单M拍）顺时针轮回ABCA逆时针轮回ACBA双相轮流通电（M相双M拍）顺时针轮回A

8、BBCCAAB逆时针轮回ACCBBAAC单双相轮流通电（M相2M拍）顺时针轮回AABBBCCCAA逆时针轮回AACCCBBBAA3相单3拍——两转子齿定子通电顺序：转子旋转方向：顺时针步距角：3相单3拍——两转子齿定子通电顺序：转子旋转方向：逆时针步距角：3相双3拍——两转子齿定子通电顺序