三相步進電機驅(qū)動器設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文(編輯修改稿)
2024-10-07 16:03 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 驅(qū)動 器構(gòu)成 保護級的作用是保護驅(qū)動級的安全。一般可根據(jù)需要設(shè)置過電流保護、過熱保護、過壓保護、欠壓保護等。 驅(qū)動器的特點 為使步進電動機滿足各種需要的輸出，驅(qū)動級必須對電動機繞組提供足夠的電壓和電流，但步進電動機與一般電子設(shè)備的驅(qū)動有很多不同點，其主要表現(xiàn)在： 1．各相繞組都是開關(guān)工作，多數(shù)電動機繞組都是連續(xù)的交流或直流，而步進電動機各相繞組都是脈沖式供電，所以繞組電流不是連續(xù)的。 2．電動機各相繞組都是繞在鐵心上的線圈，所以都有較大的電感。繞組通電時 電流上升率受到限制，因此影響電動機繞組電流的大小。 3．繞組斷點時，電感中磁場的儲能將維持繞組中已有的電流不能突變，結(jié)果使應(yīng)該電流截止的相不能立即截止。為使電流盡快截止，必須設(shè)計適當(dāng)?shù)睦m(xù)流回落。繞組導(dǎo)通和截止都會產(chǎn)生較大的反電勢，而截止時反電勢將對驅(qū)動級器件的安全產(chǎn)生有害的影響。 4．電動機運轉(zhuǎn)時在各相繞組中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)電勢，這些電勢的大小和方向?qū)@組電流產(chǎn)生很大的影響。由于旋轉(zhuǎn)電勢基本上與電動機轉(zhuǎn)速成正比，轉(zhuǎn)速越高，電勢越大，繞組電流越小，從而使電機輸出轉(zhuǎn)矩也隨著轉(zhuǎn)速升高而下降。驅(qū)動級線路，既要保證繞組有足 夠的電流電壓及正確的波形，同時要保證功率放大器件的安全運行，另外，還應(yīng)有較高的效率、較小的功耗、較低的成本。這就必須要設(shè)計合理的線路，選用合適的功率器件。 驅(qū)動級的功率放大器件有中功率晶體管、大功率晶體管、大功率達林頓晶體管、可控硅、可關(guān)斷可控硅、場效應(yīng)功率管、雙極型晶體管與場效應(yīng)功率管的復(fù)合管以及各種功率模塊等。 目前步進電機常用的驅(qū)動方式有單電壓驅(qū)動 (包括單電壓串電阻驅(qū)動 )、雙電壓驅(qū)動 (包括高低壓驅(qū)動 )、斬波恒流驅(qū)動和細分驅(qū)動等。以下分別簡單介紹前二種驅(qū)動方式的工作原理和優(yōu)缺點。將在后面詳細介紹細分驅(qū)動 方式。 步進電動機驅(qū)動技術(shù)分析 單電壓驅(qū)動 單電壓驅(qū)動是指在電動機繞組工作過程中，只用一個方向電壓對繞組供電。 其原理圖如圖 所示，前面推動級輸出信號 In 作用于三極管的基級，其集電極接電動機的一相繞組，繞組另一端直接與電源電壓連接。因此，當(dāng)三極管導(dǎo)通時，電源電壓全部作用在電動機繞組上。歸結(jié)起來，單電壓驅(qū)動器有如下特點：線路簡單，成本低，低頻時響應(yīng)較好；有共振區(qū)，高頻時，帶載能力迅速下降。 圖 單電壓驅(qū)動的原理圖 圖 的原理圖 單電壓驅(qū)動的致命弱點是繞組導(dǎo)通的回路電氣時間常數(shù) ? 較大，致使導(dǎo)通時繞組電流上升較慢、使電機在導(dǎo)通脈寬 T 接近 ? 時繞組電流迅速下降。由于LR?? ，故要減小電氣時間常數(shù) ? 的方法是減小繞組的電感 L 或增加繞組回路的電阻 R。對于確定的步進電動機，繞組電感已經(jīng)確定。因此在電路中只有用增加回路電阻的方法。即單電壓串電阻驅(qū)動，其原理 圖如圖 所示。單電壓串電阻驅(qū)動的主要缺點是損耗大，效率低。對比前述單電壓驅(qū)動，其導(dǎo)通時銅損為 2iR，而串電阻后的導(dǎo)通銅損為 2()si R R? ，所以電源提供的功率大部分都消耗在串聯(lián)電阻上。 雙電壓驅(qū)動 雙電壓驅(qū)動的基本思想是在較低頻段用較低的電壓驅(qū)動，而在高頻段用較高電壓驅(qū)動，原理線路見圖 所示。電源直接接到由大功率管 HT 和二極管 LD 組成的電源轉(zhuǎn)換開關(guān)上。當(dāng) HT 關(guān)斷時，低壓電源 LU 通過 LD 給電路提供驅(qū)動電壓，當(dāng) HT 導(dǎo)通時，高壓電源 HU 通過 HT 給電路提供驅(qū)動電壓， LD 處于 反向截止狀態(tài)，低壓電源自動停止供電。 圖 雙電壓驅(qū)動的原理圖 高低壓驅(qū)動的原理線路如圖 所示，初看起來，與雙電壓驅(qū)動電路似乎差別不大，但實際上工作過程截然不同。圖中所示為每相的單元線路。主回路由高壓管 HT 、電動機繞組、低壓管 LT 串聯(lián)而成。 HU 加高壓， LU 加低電壓，電動機繞組回路不串電阻。在每相導(dǎo)通期間，低壓管輸入信號 LI 與高壓管輸入信號 HI 見圖 所示。當(dāng) LI 為高電平時，該相導(dǎo)通；當(dāng) LI 為低電平時，該相截止。高壓管的輸入信號 HI 是由 LI 信號的前沿信號獲得的， HI 前沿與 LI 同步。但脈沖寬度要比 LI 小得多，高低壓驅(qū)動可保證在很寬的頻段內(nèi)都能保證相繞組有較大的平均電流，在截止時又能迅速釋放，因此能產(chǎn)生較大的且較穩(wěn)定的電磁轉(zhuǎn)矩，因此驅(qū)動系統(tǒng)可得到較高的響應(yīng)。 圖 高低壓驅(qū)動的原理圖 第三章 .步進電機系統(tǒng)硬件設(shè)計 本設(shè)計的硬件電路只要包括控制電路、單片機最小系統(tǒng)、驅(qū)動電路、顯示電路 四大部分。最小系統(tǒng)只要是為了使單片機正常工作?？刂齐娐分灰砷_關(guān)和按鍵組成，由操作者根據(jù)相應(yīng)的工作需要進行操作。顯示電路主要是為了顯示電機的工作狀態(tài)和轉(zhuǎn)速。驅(qū)動電路主要是對單片機輸出的脈沖進行功率放大，從而驅(qū)動電機轉(zhuǎn)動。系統(tǒng)總體設(shè)計方框圖如圖 41 所示 從該系統(tǒng)的設(shè)計 要求可知，該系統(tǒng)的輸入量為速度和方向，速度應(yīng)該有增減變化，通常 89C51 單片機 復(fù)位電路 鍵盤控制電路 ULN2803 啟動電路 步進 電機 狀態(tài)顯示電路 電源及時鐘電路 圖 41 總體設(shè)計方框圖 IH IL t t 0 0 圖 高低壓管輸入信號 用加減按鈕控制速度，這樣只要 2 根口線，再加上一根方向線盒一根啟動信號線共需要 4根輸入線。系統(tǒng)的輸出線與步進電機的繞組數(shù)有關(guān)。這 里選 進電機，該電機共有四相繞組，工作電壓為 +5V，可以個單片機共用一個電源。步進電機的四相繞組用 P1 口的 ～ 控制，由于 P1口驅(qū)動能力不夠，因而用一片 2803 增加驅(qū)動能力。用 P0 口控制第一數(shù)碼管用于顯示正反轉(zhuǎn)，用 P2 口控制第二個數(shù)碼管用于顯示轉(zhuǎn)速等級。數(shù)碼管采用共陽的。 單片機最小系統(tǒng) 單片機最小系統(tǒng)或者稱為最小應(yīng)用系統(tǒng)，素
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