3、步进电机的驱动
脉冲分配的实现方法：软环分、硬环分 硬件环形分配器：
三相六拍环形分配器
Qn1 J nQn KnQn
3、步进电机的驱动
软件环分的方法是利用计算机程序来设定硬件接 口的位状态，从而产生一定的脉冲分配输出。 若要实现三相步进电动机的脉冲分配，需要三根 输出口线，本例中选P1口的P1.0、P1.1、P1.2位作 为脉冲分配的输出。
缺点是：大功率管的数量要 多用一倍，增加了驱动电源。
3、步进电机的功率放大器
i
In
3.斩波电路
o
t
电流波形下凹现象
多次电流检测后的电流波形
3、步进电机的功率放大器
4.细分电路 绕组电流不是一个方波,而是阶梯波,额定电流是台 阶式的投入或切除,电流分成多少个台阶,则转子就 以同样的次数转过一个步距角,这种将一个步距角细 分成若干步的驱动方法,称为细分驱动。 因此该驱动电路一般应用于驱动电流较小、控制 精度较高的场合。
2、步进电动机结构与工作原理
结论： 1、错齿是步进电机旋转的原因 2、步进电机的各相的通电状态每改变一次，步进电机转 过一个步距角。 3、角位移——脉冲数 转速——脉冲频率 转向——脉冲顺序
3、步进电机的驱动
驱动电源的组成 ：脉冲分配器+功率放大电路
3、步进电机的驱动
脉冲分配器 当方向电平为低时，脉冲分配器的输出按A-B-C 的顺序循环产生脉冲。当方向电平为高时，脉冲 分配器的输出按A-C-B的顺序循环产生脉冲。 功率放大电路
—步距角
360 Zr m
Zr —转子齿数 m —每个通电循环周期的拍数
2、步进电动机结构与工作原理
步进电机的转速 由此可见，步进电动机的转子齿数Z和定子相数(或运行 拍数)愈多，则步距角愈小，控制越精确。 当定子控制绕组按着一定顺序不断地轮流通电时，步进 电动机就持续不断地旋转。如果电脉冲的频率为f(HZ)，步 距角用弧度表示，则步进电动机的转速为：
步进电机是利用电磁铁的作用原理，将脉冲信号 转换为线位移或角位移的电机。每来一个电脉冲， 步进电机转动一定角度，带动机械移动一小段距离。 特点: (1)来一个脉冲，转一个步距角。 (2)控制脉冲频率，可控制电机转速。 (3)改变脉冲顺序，可改变转动方向。
下面以反应式步进电机为例说明步进电机的 结构和工作原理。
3、步进电机的功率放大器
步进电动机的功率驱动电路实际上是一种脉冲 放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。 由于功率放大器的输出直接驱动电动机绕组， 因此，功率放大电路的性能对步进电动机的运行 性能影响很大。 1.单电压驱动电路 2.高低压切换型驱动电路 3.斩波电路 4.细分电路
3、步进电机的功率放大器
1.单电压驱动电路
L－是电动机绕组 VT－开关晶体管 电阻R两端并联电容C，使电流上升 更快，所以，电容C又称为加速电容。 二极管V在晶体管VT截止时起续流 和保护作用，串联电阻使电流下降更 快，从而使绕组电流波形后沿变陡。
3、步进电机的功率放大器
2.高低压切换型驱动电路 高低压驱动线路的优点是： 功耗小，启动力矩大，突跳频 率和工作频率高。
2、步进电动机结构与工作原理
三相双三拍 按AB BC CA的顺序给三相绕组轮流通电。每拍有两 相绕组同时通电。 与单三拍方式相似，双三拍驱动时每个通电循环周期也 分为三拍。每拍转子转过30 (步距角)，一个通电循环周期(3 拍)转子转过90(齿距角)。
2、步进电动机结构与工作原理
实用步进电机的步距角多为3和1.5 。为了获得小步 距角，电机的定子、转子都做成多齿的。转子表面有40 个齿。
按AB C A ……的顺序给三相绕组轮流通 电，转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步 距角)，每个通电循环周期(3拍)转过90°(一个齿距 角 )。
2、步进电动机结构与工作原理
三相六拍 按AAB B BC C CA的顺序给三相绕组轮流通电。 这种方式可以获得更精确的控制特性。
机电控制系统中的驱动元件 ------步进电机
控制系统对步进电动机的要求：
1.
步进电动机在电脉冲的控制下能迅速启动、 正反转、停转及在很宽的范围内进行转速调 节； 要求步进电动机步矩小、步矩精度高，不得 丢步或越步； 动作迅速。即不仅启动、停步、反转快，并 能连续高速运转以提高劳动生产率； 输出转矩大，可直接带动负载。
2 f f 60 KmZ n 60 60 f 2 2 KmZ
2、步进电动机结构与工作原理
步进电动机的主要性能指标 1. 步距角。 脉冲当量、精度。 2.启动频率：在一定负载转矩下，电机正常启动不丢步、不 失步所能增加的最高控制频率。 3. 运行频率：在转子不失步的情况下，电动机连续工作时， 输入脉冲信号的最大频率。 4. 失调角：当转子带有负载力矩，在步进电机通电时转自 不能再和定子上的某极对齐，而是扭过一定的角度，是电 磁转矩与负载力矩相平衡，偏角为是失调角。
2、步进电动机结构与工作原理
给A相绕组通电时，转 子位置如图（a），转子齿 偏离定子齿一个角度。由 于励磁磁通力图沿磁阻最 小路径通过，因此对转子 产生电磁吸力，迫使转子 齿转动，当转子转到与定 子齿对齐位置时(图b)，因 转子只受径向力而无切线 力，故转矩为零，转子被 锁定在这个位置上。由此 可见：错齿是助使步进电 机旋转的根本原因。
2、步进电动机结构与工作原理
三相单三拍 同理，B相通电时， 转子会转过30角，2、 4齿和B、B´ 磁极轴 线对齐；当C相通电 时，转子再转过30 角，1、3齿和C´、C 磁极轴线对齐。
2、步进电动机结构与工作原理
三相单三拍 这种工作方式下，三个绕组依次通电一次为一个 循环周期，一个循环周期包括三个工作脉冲，所以称 为三相单三拍工作方式。
A相通电 转子1、3齿与A、A' 对 齐。
A、B相同时通电 A、A' 磁极拉住1、3齿， B、B' 磁极拉住2、4齿， 转子转过15，到达左图 所示位置。
2、步进电动机结构与工作原理
三相六拍 三相反应式步进电动机的一个通电循环周期如下： AAB B BC C CA，每个循环周期分为六拍。 每拍转子转过15（步距角），一个通电循环周期(6拍) 转子转过90 (齿距角)。 与单三拍相比，六拍驱动方式的步进角更小，更适用于 需要精确定位的控制系统中。
3、步进电机的驱动
脉冲分配的实现方法：软环分、硬环分 优缺点 硬件环形分配：I/O线少，速度高，专用集成电路 芯片； 软件环形分配：线路简化，灵活性大，成本低， I/O线多， 速度慢
3、步进电机的功率放大器
步进电动机的功率驱动电路实际上是一种脉冲 放大电路，使脉冲具有一定的功率驱动能力。 由于功率放大器的输出直接驱动电动机绕组， 因此，功率放大电路的性能对步进电动机的运行 性能影响很大。 1.单电压驱动电路 2.高低压切换型驱动电路 3.斩波电路 4.细分电路
2. 3. 4.
1、步进电机及其分类
步进电动机是一种将电脉冲信号具有一定方向、 大小和速度的机械转角位移，并通过齿轮和丝杠带 动工作台移动的机电执行元件。
步进电动机的分类： 力矩产生的原理：反应式、励磁式； 输出力矩大小：快速步进电机、功率式； 励磁
3、步进电机的功率放大器
驱动电路： 单电压：线路简单、功放元件少、成本低。耗能多。 高低压：线路复杂，功放元件多。电源功耗小。 斩波电路：消除电流波形下凹的现象，使电流维持
在额定值附近。
细分电路：步进电机的步距角减小，精度提高。
齿距角是9；定子仍是 6个磁极，但每个磁极表面加 工有五个和转子一样的齿。 应用：
步进电动机的应用非常广泛，如各种数控机床、自动绘
图仪、机器人等。
2、步进电动机结构与工作原理
2、步进电动机结构与工作原理
步距角 由一个通电状态改变到下一个通电状态时，电动机转子所 转过的角度称为步距角。 从以上对步进电机三种驱动方式的分析可得步距角计算公 式：
将脉冲分配器的输出信号进行电流放大后给电 动机的定子绕组供电，使电动机的转子产生输出 转矩。
3、步进电机的驱动
脉冲分配的实现方法：软环分、硬环分
3、步进电机的驱动
脉冲分配的实现方法：软环分、硬环分
硬件环形分配器：由计数器等数字电路组成的。 有较好的响应速度，且具有直观、维护方便等优 点。 软件环分：由计算机接口电路和相应的软件组 成的。受到微型计算机运算速度的限制，有时难 以满足高速实时控制的要求。
2、步进电动机结构与工作原理
三相反应式步进电动机的 原理结构图如右图：
定子内圆周均匀分布着六 个磁极，磁极上有励磁绕 组，每两个相对的绕组组 成一相。转子有四个齿。 三相电机的运行方式： 三相单三拍 三相六拍 三相双三拍
2、步进电动机结构与工作原理
三相单三拍 A相绕组通电，B、C 相 不通电。由于在磁场作用 下，转子总是力图旋转到 磁阻最小的位置，故在这 种情况下，转子必然转到 左图所示位置：1、3齿与 A、A′极对齐。