• 浙江:步進電機(三相混合式步進電機、兩相混合式步進電機)、體積式色母機控制器、電磁吸盤充退磁控制器、制袋機控制器、步進電機驅動器、步進電機微電腦控制器

    浙江:步進電機(三相混合式步進電機、兩相混合式步進電機)、體積式色母機控制器、電磁吸盤充退磁控制器、制袋機控制器、步進電機驅動器、步進電機微電腦控制器

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    產品:步進電機(包括三相混合式步進電機、兩相混合式步進電機)、步進電機驅動器(包括三相細分混合式步進電機驅動器、兩相細分混合式步進電機驅動器)、電磁吸盤充退磁控制器、運動控制器(定長,定角度)、制袋機控制器、伺服電機、伺服電機驅動器、PLC等
    混合式步進電機
    步進電機驅動器(三相細分式步進電機驅動器、兩相細分步進電機驅動器)
    步進電機控制器(微電腦步進電機機床控制器)
    電磁吸盤充退磁控制器(充退磁機)
    制袋機控制器(單切、熱切等制袋機設備)
    體積式色母機控制器(微電腦控制)
    數控自動鉆床控制器(鉆攻兩用、鉆攻分度、鉆攻平臺) 精密焊接擺動控制系統 步進電機、步進電機驅動器、步進電機控制器、制袋機控制器、充退磁控制器、色母機控制器等產品應用案例 與產品有關的最新資訊 杭州浙機科技有限公司企業文化 杭州浙機科技有限公司介紹
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    三相混合式步進電機驅動器的設計原理和控制

    1.前言

        步進電機是一種開環伺服運動系統執行元件,以脈沖方式進行控制,輸出角位移。與交流伺服電機及直流伺服電機相比,其突出優點就是價格低廉,并且無積累誤差。但是,步進電機運行存在許多不足之處,如低頻振蕩、噪聲大、分辨率不高等,又嚴重制約了步進電機的應用范圍。步進電機的運行性能與它的驅動器有密切的聯系,可以通過驅動技術的改進來克服步進電機的缺點。相對于其他的驅動方式,細分驅動方式不僅可以減小步進電機的步距角,提高分辨率,而且可以減少或消除低頻振動,使電機運行更加平穩均勻?傮w來說,步進電機細分驅動的控制效果最好。因為常用低端步進電機伺服系統沒有編碼器反饋,所以隨著步進電機速度的升高其內部控制電流相應減小,從而造成丟步現象。所以在速度和精度要求不高的領域,其應用非常廣泛。

         因為三相混合式步進電機比二相步進電機有更好的低速平穩性及輸出力矩,所以三相混合式步進電機比二相步進電機有更好應用前景。傳統的三相混合式步進電機控制方法都是以硬件比較器完成,本文主要講述使用DSP及空間矢量算法SVPWM來實現三相混合式步進電機控制。

    2.細分原理

        步進電機的細分控制從本質上講是通過對步進電機的定子繞組中電流的控制,使步進電機內部的合成磁場按某種要求變化,從而實現步進電機步距角的細分。最佳的細分方式是恒轉矩等步距角的細分。一般情況下,合成磁場矢量的幅值決定了電機旋轉力矩的大小,相鄰兩合成磁場矢量的之間的夾角大小決定了步距角的大小。在電機內產生接近均勻的圓形旋轉磁場,各相繞組的合成磁場矢量,即各相繞組電流的合成矢量應在空間作幅值恒定的旋轉運動,這就需要在各相繞相中通以正弦電流。

        三相混合式步進電機的工作原理十分類似于交流永磁同步伺服電機。其轉子上所用永磁磁鐵同樣是具有高磁密特性的稀土永磁材料,所以在轉子上產生的感應電流對轉子磁場的影響可忽略不計。在結構上,它相當于一種多極對數的交流永磁同步電機。由于輸入是三相正弦電流,因此產生的空間磁場呈圓形分布,而且可以用永磁式同步電機的結構模型(圖1)分析三相混合式步進電機的轉矩特性。為便于分析,可做如下假設:

    a.步進電機定子三相繞組完全對稱;

    b.磁飽和、渦流及鐵心損耗忽略不計;

    c.激磁電流無動態響應過程。

    (圖1) 三相永磁同步電機的簡單結構模型

       U、V、W 為定子上的3 個線圈繞組,3 個線圈繞組的軸線成 120°。電機單相繞組通電的時候,穩態轉矩可以表達為:T=fi,theta)。其中,i為繞組中通過的電流;theta為電機轉子偏離參考點的角度。由于磁飽和效應可以忽略不計,并且轉子結構是圓形,其矩角特性為嚴格的正弦,

    即:T=k *I*sintheta),k 為轉矩常數

    若理想的電流源以恒幅值為I 的三相平衡電流iU、iV、iW 供給電機繞組,即:

    iU=I*sinwt

    iV=I*sinwt+2*PI/3

    iW =I*sinwt+4*PI/3

    則電機各相電流產生的穩態轉矩為:

    TU=k*I*sinwt*sintheta

    TV=k*I*sinwt+2*PI/3*sintheta+2*PI/3

    TW=k*I*sinwt+4*PI/3*sintheta+4*PI/3

    穩態運行時,theta=wt,則三相繞組產生的合成轉矩為:

    T=TU+TV+TW=3/2*k*I*sinPI/2-wt+theta=3/2*k*I

       以上分析表明,對于三相永磁同步電機,當三相繞組輸入相差 120°的正弦電流時,由于在內部產生圓形旋轉磁場,電機的輸出轉矩為恒值。因此,將交流伺服控制原理應用到三相混合式步進電機驅動系統中,輸入的220V 交流,經整流后變為直流,再經脈寬調制技術變為三路階梯式正弦波形電流,它們按固定時序分別流過三路繞組,其每個階梯對應電機轉動一步。通過改變驅動器輸出正弦電流的頻率來改變電機轉速,而輸出的階梯數確定了每步轉過的角度,當角度越小的時候,那么其階梯數就越多,即細分就越大,從理論上說此角度可以設得足夠的小,所以細分數可以是很大,而交流伺服控制的每步角度與反饋的編碼器的精度有很大的關系,一般使用的為2500線,所以每一步轉過的角度僅為0.144度,而此方法控制的步進電機,比如步進電機細分數為10000,則每一步轉過的角度為0.036度,所以比一般的伺服控制精度高很多。當然,步進電機轉動時,步進電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢,頻率越高,反向電動勢越大。在它的作用下,電機隨頻率(或速度)的增大而相電流減小,從而導致力矩下降,通過恒流方式可以使在電機低頻和高頻時保持同樣的相電流從而使高頻的力矩特性有所改善,這只能是在低速時,所以其綜合性能(高低速噪聲,高速力矩,高速平穩性等)很難趕超交流伺服控制系統。

    (2) 給出相差120°的三相階梯式正弦電流

        三相混合式步進電機一般把三相繞組連接成星形或者三角形,按照電路基本定理,三相電流之和為零。即IU+IV+IW =0。所以通常只需產生兩相繞組的給定信號,第三相繞組的給定信號可由其它兩相求得。同樣,只需要對相應兩相繞組的實際電流進行采樣,第三相繞組的實際電流可根據式求得。

    3.三相混合式步進電機驅動器的系統構成

        步進電機驅動器的總體方案如圖3 所示,主要包括單片機電路、電流追蹤型SPWM 電路和功率驅動電路組成
    3.5
    控制軟件流程

    圖4 主程序流程圖

    5 中斷部分的流程圖

        為減少功耗和保護步進電機,設置了自動半流功能,它由滯環比較器自動進行調節。

    4.結論

        實踐證明本文所講的驅動方法其適應性很強,基本上可以適應所有的三相混合式步進電機。特別對三相繞組星形接法,低頻時運行平穩,無振蕩,有效地抑制了振蕩、噪聲。另外,步進電機驅動器內部設計多種保護電路,使整個步進電機驅動器的可靠性大大提高。

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