两相混合式步进电机及其驱动技术.ppt

3.5 两相混合式步进电机及其驱动技术 1. 两相混合式步进电机结构 2. 两相混合式步进电机工作原理3. 两相混合式步进电机驱动技术 4. 两相混合式步进电机的主要特性和技术指标 前面讲述的各种伺服电机必须通过闭环实现位置伺服。 而步进电机在开环状态就能实现精确的位置控制。 开环较之闭环有如下好处： 结构简单，例如省去位置传感器及其信号处理电路。 没有控制参数设计及其调试的问题。 不存在稳定性问题。 接线简单。 三种类型的步进电机 永磁式步进电机（Permanent magnet motors，PM) 变磁阻步进电机(Variable Reluctance，VR)或称反应式步进电机； 混合式步进电动机(Hybrid，HB) 定子绕组相数可分为两相、三相、四相、五相等。 两相混合式步进电机在工业上应用最为广泛。 1. 两相混合式步进电机结构 转子由两段有齿环形转子铁心、装在转子铁心内部的环形磁钢及轴承、轴组成。 将环形磁钢沿轴向充磁，两段转子铁心的一端呈N极性，另一端呈S极性，分别称之为N段转子和S段转子。 转子铁心的边缘加工有小齿，一般为50个，齿距为7.2°。 两段转子的小齿相互错开1/2齿距。 2. 两相混合式步进电机工作原理 定子上有四个绕有线圈的磁极（齿），相对磁极的线圈串联 组成两相绕组。 由于同一相绕组两个线圈绕线的方向相反，通过同一电流时所 产 生的磁场方向也相反。 电流从相反方向流过同一相绕组产生的磁场方向也相反。 转子由两段永磁体组成，一段呈N极性，一段呈S极性。 每段永磁体有3个齿，齿距为120度，N极齿和S极齿彼此 错开1/2齿距。 1）不通电状态 2）单四拍工作状态 3）双四拍工作状态 4）□□ 单、双八拍工作方式的缺点是产生“强、弱步”的现象，可利用的力矩被弱步力矩所限制，力矩的波动较大。 为了消除“强、弱步”现象，并使电机按强步力矩输出，可以在弱步时绕组通以两倍的电流，对弱步力矩进行补偿。 优点是步距角小，电机运行将更平稳。 5）微步距工作方式 在双四拍工作方式中，当两相绕组通以相等的电流时，电机转子停在一个中间的位置。如果两相绕组电流不等，转子位置将朝电流大的定子极方向偏移。 利用这个现象我们可使电机工作在微步距方式：将两相绕组中的电流分别按正弦和余弦的轮廓呈阶梯式变化。则每个整步距就分成了若干微步距。 微步距方式的步距角更小，将使电机运行更加平稳。 一般称单四拍和双四拍工作方式为整步距方式；单、双八拍工作方式为半步距方式。 步进电机中定子磁场和转子磁场的相互作用产生转矩： 定子磁势IW（安匝），I为相电流，W为绕组匝数。 转子磁势是由转子磁钢产生的，它是一个常数。 所以当定子线圈匝数、转子磁钢磁性能及定、转子铁心材料、尺寸已确定的情况下，电机产生的力矩由定子绕组电流决定。 5）实际电机的工作原理 定子磁极上有40个（或48个）齿，齿距为7.2° 两段转子铁心上各有50小齿，齿距为7.2°，但两段转子的小齿相互错开1/2齿距 定子齿和转子齿齿距相等。。 模型电机和实际电机的比较 模型电机 实际电机 转子齿数 3 50 转子齿距 120度 7.2度 整步 距 1/4齿距30度 1/4齿距1.8度 半步距 1/8齿距15度 1/8齿距0.9度 整步一周节拍数 12 200 半步一周节拍数 24 400 3. 步进电机驱动技术 接口电路用光电隔离方式将运动控制器和驱动器连接起来，避免驱动器中的大电流干扰信号经地线窜入运动控制器电路。 环形分配器将脉冲及方向信号按设定的节拍方式，转换为功放管的导通和截止信号，从而控制各相绕组的通电和断电。 功率放大器将电源功率转换为电机输出功率驱动负载运动。 驱动器的接线图 1）接口电路 2）环形分配器 环形分配器将脉冲及方向信号按设定的节拍方式，转换为功放管的导通和截止信号，从而控制各相绕组的通电和断电。 环形分配器可由多种方式实现： 专用集成电路； 用计数器及EPROM存储器构成； 用可编程逻辑器件写入逻辑关系实现； 由单片机或DSP—类器件通过软件实现。 例 一种环形分配器实现方案 单、双八拍运动方式的数据表 双四拍运行方式的数据表 3）