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概述:步進電機驅動方案,驅動方式

作者:佚名    文章來源:本站原創    點擊數:    更新時間:2012-3-20
 眾所周知,步進電機的驅動方式有整步,半步,細分驅動。三者即有區別又有聯系,目前,市面上很多驅動器支持細分驅動方式。本文主要描述這三種驅動的概述。 
 
    如下圖是兩相步進電機的內部定子示意圖,為了使電機的轉子能夠連續、平穩地轉動,定子必須產生一個連續、平均的磁場。因為從宏觀上看,電機轉子始終跟隨電機定子合成的磁場方向。如果定子合成的磁場變化太快,轉子跟隨不上,這時步進電機就出現失步現象。
 步進電機驅動方案概述
    既然電機轉子是跟隨電機定子磁場轉動,而電機定子磁場的強度和方向是由定子合成電流決定且成正比。即只要控制電機的定子電流,則可以達到驅動電機的目的。下圖是兩相步進電機的電流合成示意圖。其中Ia是由A-A`相產生,Ib是由B-B`相產生,它們兩個合成后產生的電流I就是電機定子的合成電流,它可以代表電機定子產生磁場的大小和方向。
步進電機驅動方案概述  
    有了以上的步進電機背景描述后,對于步進電機的整步、半步、細分的三種驅動方式,都會是同一種方法,只是電流把一個圓(360°)分割的粗細程序不同。
 
整步驅動
    對于整步驅動方式,電機是走一個整步,如對于一個步進角是3.6°的步進電機,整步驅動是每走一步是走3.6°。
    下圖是整步驅動方式中,電機定子的電流次序示意圖:
步進電機驅動方案概述  
    由上圖可知,整步驅動每一時刻只有一個相通電,所以這種驅動方式的驅動電路可以是很簡單,程序代碼也是相對容易實現,且由上圖可以得到電機整步驅動相序如下:
BB’→A’A→B’B→AA’→BB’
    下圖是這種驅動方式的電流矢量分割圖: 
 步進電機驅動方案概述
可見,整步驅動方式的電流矢量把一個圓平均分割成四份。
下圖是整步驅動方式的A、B相的電流I vs T圖:
 步進電機驅動方案概述
可以看出,整步驅動描出的正弦波是粗糙的。使用這種方式驅動步進電機,低速時電機會抖動,噪聲會比較大。但是,這種驅動方式無論在硬件或軟件上都是相對簡單,從而驅動器制造成本容易得到控制。
半步驅動
    對于半步驅動方式,電機是走一個半步,如對于一個步進角是3.6°的步進電機,半步驅動是每走一步,是走1.8°(3.6°/2)。
    下圖是半步驅動方式中,電機定子的電流次序示意圖:
 步進電機驅動方案概述
    由上圖可見,半步驅動方式的比整步驅動方式相對復雜一些,在同一時刻,可能兩個相都需要被通電,如果要求電機轉動的力矩平穩,則需要在兩相同時通電時,通電電流應該為單相通電電流的sin(45°),即√2/2。當然,可以直接通以和單相通電流相等的電流,結果是電機轉動過程中的力矩不恒定,但它帶來的好處是驅動電路或軟件編寫的簡化。具體應用視實際場合而定。以下是這種的驅動方式的驅動相序:
BB’→BB’ A’A→A’A→B’B A’A→ B’B→B’B AA’→AA’→ AA’ BB’
    如果需要反轉,只需按以上相序的逆向進行通電即可。
    當按以上相序對電機通電,產生的電流矢量則可以把一個圓分割成8份,如下圖所示:
步進電機驅動方案概述  
    半步驅動一方面使電機的步進分辨率提高了一倍,且電機運轉會更為平穩。
    對比地,半步驅動方式的兩相電流圖如下圖所示:
 步進電機驅動方案概述 
    由上圖看出,半步驅動方式描出的正弦波較之整步驅動方式,有了改觀,提高了精度。這樣的好處是在無需更改電機的情況下,電機的步進角分辨率提高了一倍,且電機運行相對安靜一些。
 
細分驅動
    如下圖,可以看出某種規律:
 步進電機驅動方案概述 
    看上圖,電流矢量分割圓越來越稠密,如上圖的c。這是4細分驅動的分割圖,從宏觀上可想象,電機轉子走一步的角度將會隨著細分數的增加而減小,電機轉動也越來越平穩、安靜。從某種意義上,整步和半步驅動也是細分驅動的一樣,它們的關系就如正方形和長方形的關系。
 步進電機驅動方案概述 
    上圖是4細分驅動方式的兩相電流圖,由圖看出,這時每相電流的曲線較半步驅動時的電流曲線更加細膩。 
    電流細分是細分驅動的其中方法,恒流的實現常用斬波驅動,給定的電流是以正弦波分布。另一種為電壓細分,這種方法是比正弦波的電壓驅動電機的線圈,可以不需要反饋地實現電機的細分驅動,但是由于電機的反電勢等的作用,正弦波電壓驅動并不能產生正弦波的電流,效果沒有電流細分好,但是它的驅動電路相對簡單。 
    細分可以提高電機的步進角分辨率,但是,這并不是細分驅動的初衷,而是為了減緩步進電機運轉過程的震動和噪聲,使電機的力矩輸出更平穩。這像數碼相機的光學變焦和數字變焦的關系,提高步進系統分辨率最好依靠電機本身和機械結構。
Tags:步進電機,驅動,驅動方式  
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