步进电机驱动器的设计应用方案与选购方法
步进电机的细分控制是由驱动器精确控制步进电机得相电流来实现的。以二相电机为例,假如电机的相电流为3A,如果使用常规驱动器(如常用的恒流斩波方式)驱动电机,电机每运行一步,其绕组内的电流将从0突变为3A或由3A突变到0,相电流的巨大变化,必然会引起电机运行的振荡和噪音。如果使用细分驱动器,在10细分相-状态下驱动该电机,电机每走一微步,其绕组内的电流变化只有0.3A而不是3A且电流是以正弦曲线规律变化,这样就大大的改善了电机的振荡和噪音。提高步进电机性能上的优点才是细分的真正优点。
步进电机的细分驱动,就是要使步进电机以较小的步距分辨率运行,从第三章的分析中可以看出,当步进电动机以三相六拍方式运行时,从技术的角度来讲,比较容易实现较高的步距分辨率,所以在本设计中,采用在三相六拍运行方式的基础上进行细分驱动器的设计。
电路整体设计
在步进电机的细分驱动电路中,功率驱动电路是整个驱动器的核心部分,也是影响整个驱动器的体积的主要因素。一般的步进电机驱动器由于限流电阻的存在和末级功放管处于放大状态而发热严重,必须增加散热装置,电路才能正常工作,从而使体积增大,效率降低,要想减小体积提高效率,就必须去掉限流电阻,并使功放管处于开关状态。为此,在本驱动电路中将脉宽调制技术应用于驱动电路,它的基本思想是功放管工作在开关状态,通过对功放管开关时间的控制,将直流电压转换成某种频率的方波电压加在步进电机绕组的两端,通过对方波脉冲宽度的调节与控制,利用步进电机绕组本身的电感对电流的滤波作用来控制电机绕组中的平均电流。这样就可以取消功放回路中的限流电阻而采用较高的电源电压,从而使整个电路的发热降到最低程度,大大提高了电源效率,而且可以减小甚至去掉散热装置,使驱动器的体积大大缩小。山社电机生产的步进电机驱动器:全系列2/3/5 相混合式步驱动器,采用美国进口专用驱动芯片及电子元具件,控制方案集成度高,設計专业,控制穩定,定位精確。具有高细分采集,高精度定位,及非常稳定的性能.
由于步进电机及驱动器型号较多、种类较多,用户在选择时应有一定的讲究,这样才能以最优的性能、最低的价格选择好自己所需的产品。
选取原则(仅供参考):
1. 首先确定步进电机拖动负载所需要的扭矩。
最简单的方法是在负载轴上加一杠杆,用弹簧秤拉动杠杆,拉力乘以力臂长度既是负载力矩。或者根据负载特性从理论上计算出来。
由于步进电机是控制类电机,所以目前常用步进电机的最大力矩不超过45Nm,力矩越大,成本越高,如果您所选择的电机力矩较大或超过此范围,可以考虑加配减速装置。
2. 确定步进电机的最高运行转速。
转速指标在步进电机的选取时至关重要,步进电机的特性是随着电机转速的升高,扭矩下降,其下降的快慢和很多参数有关,如:驱动器的驱动电压、电机的相电流、电机的相电感、电机大小等等,一般的规律是:驱动电压越高,力矩下降越慢;电机的相电流越大,力矩下降越慢。在设计方案时,应使电机的转速控制在600转/分或800转/分以内,当然这样说很不规范,可以参考〈矩-频特性〉。
3. 根据负载最大力矩和最高转速这两个重要指标,再参考〈矩-频特性〉,就可以选择出适合自己的步进电机。
如果您认为自己选出的电机太大,可以考虑加配减速装置,这样可以节约成本,也可以使您的设计更灵活。要选择好合适的减速比,要综合考虑力矩和速度的关系,选择出最佳方案。
4. 最后还要考虑留有一定的(如50%)力矩余量和转速余量。
5. 可以先选择混合式步进电机,如果由于价格因素,可以选取反应式步进电机。
6. 尽量选取细分驱动器,且使驱动器工作在细分状态。
7. 选取时且勿走入只看电机力矩这一个指标的误区,也就是说并非电机的扭矩越大越好,要和速度指标一起考虑。
8. 超小型驱动器和微型驱动器是靠外壳作为散热器的,应固定在较大、较厚的金属板上或外加风机散热,如果没有散热条件,而驱动器又工作在转速较低的场合(这时驱动器发热较大),可以选用带风机的90型驱动器代替。
责任编辑:Davia
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