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三相羼杂分步进电机驱动器简介

作者:澳门网上平台 来源:澳门网上开户 时间:2019-11-18 点击:

  电机是一种开环伺服运动体例履行元件,以脉冲体例实行担任,输出角位移。与换取伺服电机及直流伺服电机比拟,其优秀甜头便是价值低廉,而且无积聚差错。不过,步进电机运转存正在很众不敷之处,如低频振荡、噪声大、阔别率不上等到,又要紧限制了步进电机的运用鸿沟。步进电机的运转功能与它的驱动的运用鸿沟。步进电机的运转功能与它的驱动器有亲昵的相干,能够通过驱动工夫的订正来战胜步进电机的漏洞。相对待其他的驱动体例,驱动体例不单能够减小步进电机的步距角,进步阔别庇,况且还能够减小步进电机的步距角,进步阔别率,况且还能够删除或杀绝低频振动,使电机运转愈加安稳平均。总体来说,细分驱动的担任结果最好。由于常用低端步进电机伺服体例没有编码器反应,以是跟着电机速率的升高其内部担任电流相应减小,从而变成丢步景色。以是正在速率和精度央浼不高的范畴,其运用极端广博。

  由于步进电机比二相步进电机有更好的低速安稳性及输功效矩,以是步进电机比二相步进电机有更好运用前景。古板的三相同化式步进电机担任本领都是以硬件斗劲器竣工,本文紧要讲述利用DSP及空间矢量算法SVPWM来实行三相同化式步进电机的担任。

  步进电机的细分管任从性子上讲是通过对步进电机的定子绕组中电流的担任,使步进电机内部的合成磁场按某种央浼转折,从而实行步进电机步距角的细分。最佳的细分体例是恒转矩等步距角的细分。通常处境下,合成磁场矢量的幅值决议了电机挽救力矩的巨细,相邻两合成磁场矢量的之间的夹角巨细决议了步距角的巨细。正在电机内发作逼近平均的圆形挽救磁场,各相绕组的合成磁场矢量,即各相绕组电流的合成矢量应正在空间作幅值恒定的挽救运动,这就必要正在各相绕相中通以正弦电流。

  三相同化式步进电机的事业道理相称犹如于永磁同步伺服电机。其转子上所用永磁磁铁同样是具有高磁密个性的稀土永磁质料,以是正在转子上发作的感觉电流对转子磁场的影响可怠忽不计。正在布局上,它相当于一种众极对数的换取永磁同步电机。因为输入是三相正弦电流,因而发作的空间磁场呈圆形漫衍,况且能够用永磁式同步电机的布局模子(睹图1)阐述三相同化式步进电机的转矩个性。为便于阐述,可做如下假设:

  U、V、W为定子上的3个线个线。电机单相绕组通电的工夫,稳态转矩能够外达为:

  因为磁饱和效应能够怠忽不计,而且转子布局是圆形,其矩角个性为正经的正弦,即

  若理思的电流源以恒幅值为I的三相均衡电流iU、iV、iW供应电机绕组,即:

  稳态运转时,=t,则三相绕组发作的合成转矩为:

  以上阐述阐明,对待三相永磁同步电机,当三相绕组输入三相对称的正弦电流时,因为正在内部发作圆形挽救磁场,电机的输出转矩为恒值。因而,将换取伺服担任道理运用到三相同化式步进电机驱动体例中,输入的220V换取,经整流后变为直流,再经脉宽调制工夫变为三道阶梯式正弦波形电流(睹图2),它们按固守时序离别流过三道绕组,其每个阶梯对应电机转动一步。通过更正驱动器输出正弦电流的频率来更正电机转速,而输出的阶梯数确定了每步转过的角度,当角度越小的工夫,那么其阶梯数就越众,即细分就越大,从外面上说此角度能够设得足够的小,以是细分数能够是很大,而换取伺服担任的每步角度与反应的编码器的精度有很大的闭联,通常利用的为2500线,以是每一步转过的角度仅为0.144(即360/2500),而此本领担任的步进电机,例如其细分数为10000,则每一步转过的角度为0.036,以是比通常的伺服担任精度高良众。当然,步进电机转动时,电机各相绕组的电感将变成一个反向电动势,频率越高,反向电动势越大。正在它的效用下,电机随频率(或速率)的增大而相电流减小,从而导戮力矩降落,通过恒流体例能够使正在电机低频和高频时坚持同样的相电流从而使高频的力矩个性有所改观,这只可是正在低速时,以是其归纳功能(高、低速噪声,高速力矩,高速安稳性等)很难赶超换取伺服担任体例。

  三相同化式步进电机通常把三相绕组衔接成星形或者三角形,遵从电道根基定理,三相电流之和为零。即iU+iV+iW=0。以是通俗只需发作两相绕组的给定信号,第三相绕组的给定信号可由其它两相求得。同样,只必要对相应两相绕组的本质电流实行采样,第三相绕组的本质电流可遵循式求得。

  驱动器的总体计划如图3所示,紧要蕴涵单片机电道、电流追踪型SPWM电道和功率驱动电道构成。

  正在这里,笔者采取了TI公司的DSP行动CPU芯片,DSP(Digital Signal Processor)本质上也是一种单片机,它同样是将主旨管束单位、担任单位和外围摆设集成到一块芯片上。但它又有本身显着的特征由于采用了众组总线工夫实行并行运转的机制,从而大大进步了运算速率,具有更强的运算才智和更好的及时性。本文选用的DSP(TMS320LF2407A)是一款电机担任专用芯片,144引脚,具有丰饶的IO资源,含有4个通用守时器,具有两道专用于担任三相电机的PWM发作器(可发作六道PWM信号),此外再有专用汲取外部脉冲和目标的I/O口,从而简化了电道安排和秩序开垦。

  DSP输入信号蕴涵步进脉冲信号CP、目标担任信号、脱机信号,过流偏护信号。这几种信号均通过高速光耦衔接到DSP的引脚上,此外再有细分步数及电流采取信号。当脱机信号为有用时,驱动器输出到电机的电流被割断,电机转子处于自正在状况(脱机状况)。反应电畅通过DSP自带的10位模数转换器(AD)采样,反应的电畅通过必然的算法后,由DSP自带的PWM口输出担任电机。

  这种传输体例以模仿电压的幅值代外采样电流或者电压的巨细,其紧要用来采样a,b两相电流及母线电压检测,实行电机电流担任以及过压、欠压、过流偏护。驱动器通过采样电阻检测步进电机绕组的本质电流,与设定电流比拟较后原委滞环斗劲器调治器,调治器输出信号原委滞环斗劲器调治器,调治器输出信号由20kHz频率的三角波输出,变成空间矢量脉宽调制信号(SVPWM),通过功率驱动接口电道来担任大功率半导体器件的导通与闭断,使步进电机的绕组本质电流跟踪给定参考信号,按给定的正弦次序转折。

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