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三相步进电动机PWM驱动器设计

作者:admin  来源:中国水利机械网 日期:2015-8-10 11:59:50

  相步进电动机,贾厘驱动器设计张晓青,冯丽爽北京机械工业学院电子信息工程系,北京185动机设计相应的驱动器。对于7犯1723型步进电动机5将步进电动机驱动技术加控制相结合,设计了相步进电动机聱动器,对7相战;的电源电压即为刖平均电压。当脉冲为高频时,各相绕组平均压平电流随之增大,输出转矩相应增大,有效提高了步进电动机的高频运行特性。当脉冲为氐频时。各相绕组平均电压和平均电流较低,电动机磁场储能较少。定程复上克服了共振现象。结果明,基于技术的相步进电动机耢动器线路简单1性能步进电动机是典型的机电体化元件其工作原理可简单定义为根据输入的脉冲信巧,件改变次励磁状态就前浙4角度或长度。若+改变励磁状态则保持定位置而止。步进电动机种类很多,大体上可分为反应式永磁式浪合式和直线式4大类其中反应式和混合式较为常用,根据自身的结构不同,它们的工作方式和驱动电路差别很大。对步进电动机驱动系统来说,步进电动机本体驱动器和控制器构成了不可分割的3大部分。步进电动机驱动系统的性能除与电动机自身的性能有关外,在很大程度上取决于驱动器的优劣。因此,针对不同种类的步进电动机应设计相应的驱动器,才能使步进电动机获得优良的运行性能,从而肓效提高机电体化系统的整体性能。

  1驱动器工作原理步进电动机驱动器主要由环形分配器信号处理级推动级驱动级和保护电路等组成2.但根据步进电动机种类各异,各部分电路则不同。

  实验室购置的是相反应式步进电动机,其基本参数如下型号为723,步距角为1.5,工作电压为27工作电流为3,额定负载转圯为147.载起动频宇1人公1 200出,额定良载起动频率大厂1000出,分配方式为12=相六拍,针付此步进电动机设计了,贾厘驱动器,在各相绕组导通期间用,贾河信号去控制绕组得到的平均电压值,使该平均值随0脉冲的频宇。成线性变化。即步进屯动机各相泣组承受屯源电压的均值与巧1信号脉冲宽戊成正比,工作原理简述如下环形分配器接受来自控制器的,龀澹,床浇,缍,刺,槐,要求的状态顺序,85 5,4,产生各相导通和截止的脉冲信号,此,冲还送入信号处理级用以产生最终的,界傩藕牛,被菇邮芾醋钥刂破鞯姆较蛐藕牛,佣,定其输出的状态转换是按正序还是反序,由此决定步进电动机的转向;信号处理级将来自控制器的0脉冲送入巧,1信号发。器以产生1倍同,将环分输倍号进行电压放大和电流放大,再由信号合成电路实现,贾1脉冲信号和儿5,0相绕组脉冲分配信号的合成,由此产生各相的,贾肘信号,并实现了输出脉冲的宽度随着脉冲的频率成线性变化;驱动级中包含了推动级,并接入步进电动机的各相绕组,儿5,0相的驱动级电路结构相同;保护电路设进了过流保护环节= 2单元电路设计2.1环形分配器采用芯片50873作为环形分配恕了实现相步进电动机的1相2相和12相电极性激励拉制,输出导通信号高电平效。3,8713采用,6封装。其中。1为0脉冲输入端,7为方向电平输入端,信号组合为激励方式控制输入端为12相,00为2010为1相,9为4相输选择,号0为3相,1为4相。94为输出的相绕姐分妃脉冲⑴可接+工作电源2.201信号发生器此信号发生器由频压转换器0=7角波发生器比较器以及相关外围电路组成参频压转换器电路由河2917及相关电路组成,将输入的时钟脉冲频率转换成对应的直流电平信号,角波发生器由7礼304及输出电路组成,输出个频率为6014出的角波2;7和72接入比较器139中,输出频率1为60心的,脉冲信号,当仍人尸,的最大幅值时,输出恒定的高电平。

  当电动机处于锁定状态或,龀褰系褪保,趾有藕怕龀蹇矶冉险,β使芸,ㄊ奔浣,短,电动机微1.承受电源屯吒平均值较小。1脉冲频中较时,信竹脉,宽度较人,电动机绕组得到电源电压平均值较大。当,德蚀锏侥骋桓叨仁保,笛棺,黄魇涑鲋绷鞯,平高于角波最大高度时,贾河信号发生器将输出恒定的高电平信号,此时在相绕组导通信号作用下,功率管将处于直导通状态,绕组得到的电压为全部电源电压。

  2.3斩波信号合成器斩波信号合成器为2虚线框中电路,由双输入与非门7礼303组成,每相都有独立的合成斩波信。1的个输入端接输入的1信,另个输入端接相绕纟。导通信号,则与非门输出就成为被,河信号调制的相绕组导通信号,再经级反相器7礼306后送入各相绕组驱动电路。

  2.4推动级及驱动级电路斩波合成信号经晶体管2奶551放大后推动功率管而806对相绕组提供工作电流,电路上升。当输入信号是低电平时,功率管截止,电源不对绕组通电,绕组电流由极管续流。当卞个脉冲到来时,电源又重新对绕组供电。

  2.5电流检测及过流保护电路来自取样电阻的电流取样信号经过滤波电路后进入电压比较器中。电压比较器的给定电乎可设为2.,样电阻可2,故使比较器翻转的输入绕纟1电流为10,是额定绕纟1电流的3.33倍。儿5,相均采用结构相同的电流检测电路,而比较器的输出同接到个只5触发器的输入端。当任相绕组过流时,该触发器输入端变为低电平,并使只3触发器翻转,输出端变为低电平,此低电平和1信号发生器的输出信号相与,封锁了,贾厘信号框内。

  3实验结果从理论上讲,界信号的工作频率最高可达10厘出以上,但由于线路器件具有定的固有延迟而受到限制,故本驱动器选定,贾1信号工作频率为20沾2,效果良好。,贾1信号频率若过高,则,加开关损耗,发热严重,效率降低,可靠性下降;若过低5则引起电动机运行中振动加剧,特性变坏。将驱动器电路与步进电动机联机调试,能正常工作。在,龀逦,3000出范围内,步进电动机都能稳定运行。当。,脉冲为1000出3000出范围内,步进电动机的运行性能良好,可以产生较大的输出转矩,达到额定负载能力。当,脉冲频率低于1000出后,随着,德实慕档偷缍,诵兴俣认陆担,谱楣┑绲牡缭吹缪怪鸾ハ陆担,出转矩逐渐减小,带负载能力逐渐降低,低频共振现象随之减弱。当0脉冲频率高于3000出后,由于受到步进电动机本身结构的限制,电动机运行特性变差,甚至无法工作。电路中几个关键点实测波形4.

  目,泳冲地。射脉冲胃脉冲4结语步进电动种类繁多,与之配套的驱动器种类更是层出不穷。相反应式步进电动机1驱动器采用了,贾调制技术5线路简单,工作性能稳定,成本较低。不足之处在于,步进电动机的带负载能力随着运行速度的减小而降低在进步的研究试验中,将考虑加入各相电流的恒流控制环节,既可防止过电流损坏驱动器及电动机现象的发生,又可克服欠电流引起带负载能力下降的不利影响,驱动器的整机性能则更加完善。

  李,杰。守信。步进电动机应用技私叫。北京机械工业出版执1988.

  2刘玉廷王树康步进电动机及其驱动控制系统叫哈尔滨。哈尔滇工业大学出版社上接39页

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