【正文】 其中 A口接步進電機驅(qū)動器，向步進電機提供各相的勵磁電流； B口用來檢測步進電機的類型及工作方式選擇，開關(guān)的狀態(tài)可根據(jù)需要來設(shè)置。一般把步進電機的工作頻率分成幾段，每段的工作電壓不同，即調(diào)頻調(diào)壓方法。 高壓 U1大約為 80～ 150V， 低壓 U2大約為 5～ 20V左右 。 （二）功率放大器 圖 313 單電壓功率放大電路 ? L、 RL是步進電機的繞組電感和繞組電阻；由于電機繞組存在電感 L，當晶體管 VT突然接通后，繞組電流按指數(shù)規(guī)律上升。這 10個控制字如表 33所列。 轉(zhuǎn)向控制 5V 。 這里介紹一種 8713集成電路芯片 8713引角功能如 p57表 32所示． 目前市場上出售的環(huán)形分配器的種類很多，有的還具有其它許多功能，如斬波控制等。 圖 310為含有 EPROM的環(huán)形分配器。按其電路結(jié)構(gòu)不同可分為 TTL集成電路和 CMOS集成電路。 四、步進電動機驅(qū)動電源設(shè)計 步進電動機的每相繞組不是恒定的通電，而是按照一定的規(guī)律輪流通電，環(huán)形分配器的作用是將控制脈沖 按規(guī)定方式 分配到各相繞組上。 ：控制方式選擇 撥碼開關(guān)（ ）可設(shè)置成兩種控制方式： 如用該繼電器，要把他串聯(lián)到 CNC的某輸入端。驅(qū)動器的 L端和 N端接供電電源，同時要串接一個 險絲； PE為接地。這主要發(fā)生在制動和突然換相時，轉(zhuǎn)子獲得過多的能量，產(chǎn)生嚴重的過沖，引起失步。 J— 轉(zhuǎn)動慣量； Z— 轉(zhuǎn)子齒數(shù)； Tmax— 最大轉(zhuǎn)矩。這時電磁力產(chǎn)生負轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)子在負轉(zhuǎn)矩的作用下，轉(zhuǎn)速逐漸為零，并開始反向轉(zhuǎn)動。 39 步進電動機的振蕩和失步是一種普遍存在的現(xiàn)象，它影響系統(tǒng)的正常運行，因此要盡力避免。 步進電動機的運行頻率比啟動頻率高得多 ，這是因為在啟動時除了要克服負載轉(zhuǎn)矩外，還要克服軸上的慣性轉(zhuǎn)矩。 也可以采用雙電源供電 ，即在控制繞組電流的上升階段由高壓電源供電，以縮短達到穩(wěn)定值的時間，然后再改為低壓電源供電以維持其電流值，這樣可大大提高步進電動機的矩頻特性。 3）矩頻特性 什么是矩頻特性？ ?步進電動機的控制繞組是 感性 元件，其電流按指數(shù)函數(shù)增長。 當兩相通電時 ， 由于正弦量可以用相量相加的方法求和 ， 因此兩相通電時的最大靜態(tài)轉(zhuǎn)矩可用相量圖求取 。它 是 繞組電流 和失調(diào)角 的函數(shù)。 ? 若通電方式和系統(tǒng)的傳動比已初步確定，則 步距角 應(yīng)滿足 : θ b≤iα min z360KmKmb???? 齒距拍數(shù)齒距? i — 傳動比 αmin— 負載軸要求的最小位移增量（即每個脈沖對應(yīng)的 最小角位移增量） （ 32） 例如，所用絲杠螺距為 (t),線性增量為 (δ)（取決于運動精度），所需電動機步距為角： ?步距腳 θ b也可用 分辨率 bs來表示： bs=360176。 ⑶ 根據(jù) n= ,其中 ?=600HZ n=*600*60/360=150r/min 例 ，采用三相六拍分配方式，轉(zhuǎn)子有 40個齒，脈沖頻率為 600Hz，求：⑴寫出一個循環(huán)的通電順序；⑵求步進電動機步距角；⑶求步進電動機轉(zhuǎn)速。故步進電動機可以做成三相，也可以做成 二相、四相、五相、六相或更多相數(shù)。 圖 32 三段三相反應(yīng)式步進電動機結(jié)構(gòu)原理圖 ? 前面介紹的 單段 反應(yīng)式步進電機是按徑向分相的，此外，還有一種反應(yīng)式步進電機是按 軸向分相 ，這種步進電機又稱為 多段 反應(yīng)式步進電機。三相雙三拍工作方式下，每改變一次通電狀態(tài)可使步進電機旋轉(zhuǎn) 30176。若使定子繞組按 ABCA…… 的順序通電，則步進電機轉(zhuǎn)子便不停地沿逆時針方向轉(zhuǎn)動。 圖 31 單段式反應(yīng)式步進電動機 結(jié)構(gòu)原理圖 ? 轉(zhuǎn)子 是一個帶齒的鐵芯，轉(zhuǎn)子上沒有繞組，轉(zhuǎn)子上均勻分布了 40個小齒，齒槽等寬，齒間夾角也是 9176。目前以反應(yīng)式步進電動機用得較多。前者輸出轉(zhuǎn)矩較大，能直接帶動較大的負載；后者輸出轉(zhuǎn)矩較小，只能帶動較小的負載，對于大負載需通過液壓放大元件來傳動。 2. 由步進電機與驅(qū)動電路組成的開環(huán)數(shù)控系統(tǒng)，既簡單、廉價，又非?？煽俊?(如繪圖機、打印機及光學(xué)儀器中，采用步進電動機來定位繪圖筆、印字頭或光學(xué)鏡頭。 ? 步進電機 角位移與控制脈沖間精確同步 ，若將角位移的改變轉(zhuǎn)變?yōu)榫€性位移、位置、體積、流量等物理量的變化，便可實現(xiàn)對它們的控制。 ? 控制信號是脈沖電壓、電流，所以有時也稱為 脈沖電動機或 電脈沖馬達 。 步進電動機有如下特點： ： 分為旋轉(zhuǎn)運動、直線運動、平面運動（印刷繞組式）和滾切運動式步進電機。 一、步進電動機的種類 ? 步進電動機的工作原理是基于電磁感應(yīng)原理。當任一相繞組通電時，便形成一對定子磁極，即形成 N、 S極。 ，圖 (b)； C相通電 ， A、 B相斷電，又使轉(zhuǎn)子齒 3和定子磁極 C、 C39。 此外， 由單一繞組通電吸引轉(zhuǎn)子，也容易使轉(zhuǎn)子在平衡位置附近產(chǎn)生振蕩， 運行的穩(wěn)定性較差，所以很少采用。 。故 步距角 ： z360tb??z360KmKmb???? 齒距拍數(shù)齒距? K定子繞組通電方式系數(shù)。 θ b ：步距角（ 186。常用的為 、 3186。但實際上，由于定、轉(zhuǎn)子的 齒距分布不均勻 ， 定、轉(zhuǎn)子之間的氣隙不均勻 或 鐵心分段時的錯位誤差 等，實際步距角與理論步距角之間會存在偏差，這個偏差稱為 靜態(tài)步距角誤差 。 2）最大靜轉(zhuǎn)矩 靜轉(zhuǎn)矩和失調(diào)角之間的特性曲線，叫做矩角特性 ： T = C sin? 由此我們可以發(fā)現(xiàn)步進電動機的工作過程就是實現(xiàn)失調(diào)角為零的過程。 T 0 圖 35 矩頻特性 ?/Hz ? 當步進電動機的控制繞組的 電脈沖時間間隔 小于電機 機電過渡過程所需的時間時 ，步進電動機進入連續(xù)運行狀態(tài)，這時電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩稱為 動態(tài)轉(zhuǎn)矩 。只有當負載轉(zhuǎn)矩小于它在該頻率時的最大動態(tài)轉(zhuǎn)矩，電動機才能正常運轉(zhuǎn) 。步距角 θ b越小，負載（包括負載轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)動慣量）越小，則啟動頻率越高。 轉(zhuǎn)子 由圓周上均勻分布一定數(shù)量小齒的兩段齒片組成，這兩段齒片相互 錯開半個齒距 ，兩塊齒片之間夾有一個軸向充磁的環(huán)形永久磁鋼 (如圖 34所示 )。 ? 當步進電機工作在低頻區(qū)時 ，由于勵磁脈沖間隔的時間較長，步進電機表現(xiàn)為單步運行。當轉(zhuǎn)子回擺到最大幅值時，恰好第二個脈沖到來，轉(zhuǎn)子受到的電磁轉(zhuǎn)矩為負值，使轉(zhuǎn)子繼續(xù)回擺。例如，步進電動機在啟動時，如果 脈沖的頻率較高 ，由于電動機來不及獲得足夠的能量，使其無法令轉(zhuǎn)子跟上旋轉(zhuǎn)磁場的速度，所以引起失步。 圖 37為步進電動機驅(qū)動系統(tǒng)原理圖。 RESET： 復(fù)位信號，如復(fù)位信號為 低電平時 ,輸入脈沖信號起作用 ，如果復(fù)位信號為 高電平時就禁止任何有效的脈沖 ， 輸入信號無效 ，電機無保持扭矩。 ：設(shè)置輸出相電流 位置 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F 電流 STEP STEP2：設(shè)置電機每轉(zhuǎn)步數(shù) 驅(qū)動器 WD3007可將電機的步數(shù)分別設(shè)置為 500、 1000、 5000、10000步。 變頻信號源是一個頻率可從 幾十 Hz到幾十 kHz連續(xù)變化的脈沖發(fā)生器。 （一）環(huán)形分配器 環(huán)形分配器種類很多，可以由 D觸發(fā)器或 JK觸發(fā)器所組成。圖7所示為三相雙三拍工作時的接線圖，圖 8所示為三相六拍工作時的接線圖。 三相步進電動機 ：單三拍、雙三拍、六拍； 四相步進電動機 ：單四拍、雙四拍、八拍。 圖 311 8713脈沖分配器與單片機接口 ? 由于采用了脈沖分配器，單片機只需提供步進脈沖，進行速度控制和轉(zhuǎn)向控制，脈沖分配的工作交給脈沖分配器來自動完成。 下面以五相步進電動機工作在十拍方式為例，說明如何設(shè)計軟件。 對驅(qū)動電路要求的核心問題是如何提高電動機的快速性和平穩(wěn)性 。 圖 314所示是步進電動機單相的雙電壓功放電路。但在低頻時，則低頻振蕩較高。單片機控制從I/O1輸出的步進信號的頻率，以及從I/O2輸出的脈沖時間，步進信號頻率高， tON加大， U2也隨著增大，從而起到調(diào)頻調(diào)壓的作用。為了抗干擾，或避免一旦驅(qū)動電路發(fā)生故障，造成功率放大器中的高電平信號進入微型機而燒壞器件，在驅(qū)動器與微型機之間加一級 光電隔離器 ，其原理接口電路如圖 31圖 318所示。 I/O1輸出步進電機控制信號； I/O2輸出調(diào)壓信號到開關(guān)調(diào)壓部分。 常用于驅(qū)動中功率和大功率伺服步進電動機。 ? 電容 C為加速電容，動態(tài)時，利用它的旁路作用（電壓不發(fā)生躍變），使電機繞組電流上升加快，改善電流波形的前沿。用 R0作為狀態(tài)計數(shù)器，