不通电时,齿2应与B对齐,此时转子向右移过1/3て,此时齿3与C偏移为1/3て,齿4与A偏移(て-1/3て)=2/3て。如C相通电,A,B相不通电,齿3应与C对齐,此时转子又向右移过1/3て,此时齿4与A偏移为1/3て对齐。 如A相通电,B,C相不通电,齿4与A对齐,转子又向右移过1/3て 这样经过A、B、C、A分别通电状态,齿4(即齿1前一齿)移到A相,电机转子向右转过一个齿距,如果不断地按A,B,C,A……通电,电机就每步(每脉冲)1/3て,向右旋转。如按A,C,B,A……通电,电机就反转。 由此可见:电机的位置和速度由导电次数(脉冲数)和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过,出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用A-AB-B-BC-C-CA-A这种导电状态,这样将原来每步1/3て改变为1/6て。甚至于通过二相电流不同的组合,使其1/3て变为1/12て,1/24て,这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出:电机定子上有m相励磁绕阻,其轴线分别与转子齿轴线偏移1/m,2/m……(m-1)/m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制——这是步进电机旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机,出于成本等多方面考虑,市场上一般以二、三、四、五相为多。
3、力矩: 电机一旦通电,在定转子间将产生磁场(磁通量Ф)当转子与定子错开一定角度产生力F与(dФ/dθ)成正比
其磁通量Ф=Br*S Br为磁密,S为导磁面积 F与L*D*Br成正比 L为铁芯有效长度,D为转子直径 Br=N·I/RN·I为励磁绕阻安匝数(电流乘匝数)R为磁阻。力矩=力*半径力矩与电机有效体积*安匝数*磁密 成正比(只考虑线性状态)因此,电机有效体积越大,励磁安匝数越大,定转子间气隙越小,电机力矩越大,反之亦然。
三、步进电机的系统组成框图
图2 步进电机控制系统方框图
图3微机控制步进电机系统结构图
图4
四、单元电路设计
1功率放大电路设计
方案一 使用功率场效应管的单电压功放电路
单电压功率放大电路是步进电机控制中最简单的一种驱动电路,图示是一组绕组驱动电路的原理图(其他各组饶相的驱动电路与此相同)。图中,T是功率场效应管,L是步进电路一组绕组电感,R为场效应管的漏极限流电阻,D为续流二极管,为绕组提供放电回路。工作原理:当环形分配器输出的信号为高平时,T饱和导通,绕组L中产生电流。
单电压功率放大电路
电路原理如图5所示。电路的电压E一般选择在10~100V左右,有的高达200V,这要视应用场合、步进电机的功率和实际要求而定。这是步进电机控制中最简单的一种驱动电路。实质上它是一个简单的反相器。晶体管T用作开关;L是步进电机的一相绕组电感;RL是绕组电阻;RC是外接电阻,也是限流电阻;D是续流二极管。
图5 步进电机一相绕组的开关电路图
单电压功率放大器的最大特点是结构简单,缺点是工作效率低,高频时效率尤其低。电阻RC消耗相当大的一部分能量,且RC的发热直接影响电路的稳定工作状态,所以单电压功率放大电路一般只用来驱动小功率步进电机。
图6示出了一种改进的单电压功率放大电路。
图6 改进的单电压功率放大器电路图
方案2 使用集成功率开关器件构成的斩波形功放电路
集成功率电子开关TWH8751可直接由TTL、