三相混合式步进电动机细分器的驱动原理

　　根据正弦电流细分驱动器的基本原理，设计了一种三相混合步进电动机细分驱动器控制器。系统软件采用电流跟踪和脉宽调制技术，使三相混合步进电动机的相电流为120正弦距离，输出功率光耦电路采用6个MOS晶体管。该控制器解决了传统三相混合式步进电动机低速齿轮振动大、共振区大、噪声大的缺陷，提高了步距角像素和控制器的可信度。

　　关键词：三相混合步进电动机；细分驱动；空间矢量脉宽调制

　　1前言

　　三相混合步进电动机是这种开环步进电动机内分泌系统的组成部分，采用单脉冲法工作，输出角位移。与DC步进电动机和DC步进电动机相比，它的突出优点是质优价廉，无累积偏差。但step电动机在运行中存在低频振荡、噪声大、高校像素低等诸多缺点，严重制约了step电动机的应用范围。步进电动机的工作特性与其控制器密切相关，根据驱动器的技术改进可以摆脱步进电动机的缺陷。与其他驱动方法相比，细分驱动方法不仅可以减小步进电动机的步距角，提高像素，还可以减少或消除高频振动，使电机运行更加稳定、对称。西玛电机认为，细分驱动操作的实际效果是最好的(zui)。普通低端步进电动机步进控制系统没有来自步进电动机的反馈，因此随着电机转速的提高，其内部控制电流相对减小，导致步进损耗。因此，它被广泛应用于速度和精度太低的行业。

　　由于三相混合式步进电动机比两相混合式步进电动机具有更强的下齿轮单元根检和输出扭矩，因此三相混合式步进电动机比两相混合式步进电动机具有更强的应用市场前景。传统的三相混合步进电动机控制方法都是基于硬件配置比较器。本文重点研究了数字信号处理器和空间矢量脉宽调制这种室内空间矢量材料优化算法在保持三相混合步进电动机控制中的应用。

　　2细分的基本原则

　　三相混合式步进电动机的细分运行本质上是基于步进电动机的电动机定子绕组中电流流动的运行，使步进电动机内部产生的电磁场按一定规律变化，从而实现步进电动机步进角的细分。最佳(zui)细分方法是恒转矩等步距角细分。通常情况下，产生的电磁场矢量材料的幅值决定了电机旋转力矩的大小，相邻两个产生的电磁场矢量材料的交角大小决定了步距角的大小。电机内部产生一个接近对称的圆形旋转磁场，各相绕组产生的电磁场矢量物质，即各相绕组电流的矢量物质在室内空间要做一个幅度稳定的旋转和健身运动，所以需要看到各相绕组中的正弦电流。三相混合步进电动机的原理与通信交流永磁同步交流步进电动机的原理非常相似。电动机转子上常用的永磁体是高磁密永磁体的原材料，因此电动机转子上的感应电流对电动机转子电磁场的危害可以忽略不计。类型，等于这种多极多数通信交流永磁同步电动机。由于输入是三相电正弦电流，室内空间的电磁场充满了圆形，可以用永磁同步电机电动机的结构实体模型来分析三相混合式步进电机电动机的转矩特性(图1)。

　　为了便于分析，可以做出以下假设：

　　A.电动机定子三相绕组完全对称；

　　B.忽略磁饱和状态、涡流和铁芯损耗；

　　C.整个过程励磁电流和电流量无动态响应。

　　三相混合步进电动机的简单实体模型

　　图1三相混合步进电动机的简单实体模型

　　u、V、W为中电动机定子三个电磁线圈的绕组，三个电磁线圈的绕组中心线为120。当电动机单相绕组接通时，稳态转矩可表示为：T=f(i，)。其中，I为根据绕组的电流量；是带有电动机转子偏移的机器坐标系的视角。由于磁饱和状态的效用可以忽略，而电动机转子结构是环形的，其矩角的特点是正弦剧烈。

　　即T=k  * I  * sin()，k为扭矩常数。

　　如果理想化的电流源用恒定幅值I的三相电流iU、iV和iW的供需平衡电机绕组，

　　即：

　　iU=I*sin(重量)

　　iV=I*sin(重量比2*PI/3)

　　iW=I*sin(wt  4*PI/3)

　　那么三相混合式步进电动机各相电流引起的稳态转矩为：

　　TU=k*I*sin(重量)* sin()

　　TV=k  * I  * sin(wt  2 * PI/3)* sin(2 * PI/3)

　　TW=k  * I  * sin(wt  4 * PI/3)* sin(4 * PI/3)

　　在稳态下，=wt，则三相绕组产生的转矩为：

　　t=TU  TV  TW=3/2 * k  * I  * sin(PI/2-wt)=3/2 * k  * I

　　左右分析表明，对于三相混合步进电动机，当三相绕组以120的距离用正弦电流键控时，由于内部有环形旋转磁场，电机的输出转矩是恒定的。因此，通信交流步进电动机操作的基本原理被应用于三相混合步进电动机驱动系统软件。220V通信交流输入经整流后转换为直流，再通过脉宽调制技术转换为上、中、下通道的步进正弦波电流。它们按照固定的时序分别通过上、中、下通道的绕组，每一步都与电机的转动相匹配。根据控制器输出正弦电流的频率，改变电动机额定功率，输出步数定义每次旋转的视角。视角越小，则步数越大，即细分越大。理论上讲，这个视角可以设置得足够小，所以精细评分可以相当大。但是通信步骤电动机操纵的每个视角都与反馈步骤电动机的精度密切相关，反馈步骤电动机通常使用2500根导线，因此每个步骤的视角只有0.144度，而以这种方式操纵的步骤电动机的视角，例如它的精细评分是10000，就是0.036度，所以比通常的步骤0x  642线性多了。或许，当step电动机旋转时，电机各相绕组的电感会产生反电动势，频率越高，反电动势越大。在它的作用下，电动机的相电流随着频率(或速度)的增大而减小，这可能导致转矩的减小。根据恒流方法，可以在电机的高频和高频下保持相同的相电流，从而显著改善高频下的转矩特性。这只是在低挡位，所以它的综合性能(高低挡位噪音、高速扭矩、高速机组根检等。)赶不上通讯和通讯工业机械手。获得了距离为120的三相电阶跃正弦电流。

　　图2示出了距离为120的三相电阶跃正弦电流。

　　三相混合步进电动机通常将三相电气绕组组合成星形或三角形。根据电源电路的基本定律，三相电流相加为零。即IU  IV  IW=0。因此，一般只需要两相绕组的给定数据信号，其他两相就可以得到最(zui)相后绕组的给定数据信号。同样，只需对相对两相绕组的比电流进行采样，即可根据公式计算出最(zui)后相绕组的比电流。

　　三相混合步进电动机控制器的系统软件组成

　　控制器总体方案如图3所示，包括单片机设计的电源电路、电流跟踪SPWM电源电路和输出功率光耦电路。

　　基于的控制器总体框图

　　图3控制器总体框图

　　3.1 DSP控制模块设计方案

　　在这里，人们选择TI企业的DSP作为CPU集成ic。DSP(Digital  Signal  Processor，数字信号处理器)其实就是这种单片机设计，将中央处理器、控制运算模块和外部设备集成到一个钟集成ic中。然而，它有自己独特的特点。——，由于在技术上选择了多条系统总线保持并行处理操作，进一步提高了and运算速度，具有更强的AND运算工作能力和更强的实用性。本文使用的DSP(TMS320LF2407A)是一个144引脚的电动机控制专用集成ic，IO资源丰富多彩，四个通用定时器，一个双向专用PWM超声波发生器，用于操作三相电动机(可产生6个PWM数据信号)，另一个专用I/O端口，用于接收外部单脉冲和方位，简化了电路原理和软件开发。

　　数字信号处理器的输入数据信号包括步进电动机差分信号CP、方位控制数据信号、离线数据信号和过流保护数据信号。这几种数据信号都是根据高速光耦连接到DSP的引脚，另一种还有细分步数计数和电流选择的数据信号。当离线数据信号合理时，控制器输出到电机的电流被切断，发电机电动机转子随机(离线状态)。反馈电流根据DSP内置的10位模数转换器(AD)进行采样。反馈电流按照必要的算法优化后，三相混合步进电动机由DSP内置的PWM口输出控制。

　　3.2电流跟踪控制回路这种传输是指模拟工作电压的幅值是指采样电流或工作电压的大小，其关键是采样A、B两相电流和母线电压检查，保持电机的流量控制及其过压、欠压、过流保护。根据采样电阻，控制器检查步骤电动机绕组的具体电流。在与设定电流比较后，它通过磁滞比较器控制器。控制器的输出数据信号由频率为20KHz的三角波载波输出，产生脉宽调制数据信号(PWM)。根据输出功率驱动器接口电路，操作功率集成电路过程导通和关断，从而可以跟踪三相混合阶跃电动机的绕组的特定电流，并给出参考数据信号，该参考数据信号根据给定的正弦规律进行变换。

　　3.3输出功率光耦合器电路

　　控制器的主控制回路为交流-DC-交流工作电压逆变电源，由整流滤波电路、三相逆变电源及其步进电动机组成。整流滤波电路构成交流电压源，将220伏和50赫兹的交流电转换成DC稳压电源。逆变电源保持交流到DC变频交流电流的转换，并为三相混合步进电动机的电动机定子绕组提供规定的交流电压。逆变电源由飞兆公司生产的6根G30N60B3DMOS管组成，构成三相电动逆变电源桥。控制器选择两个电阻来检测阶跃电动机相电流的瞬时值。

　　输出功率光耦电路的关键是输出功率控制模块(MOS晶体管)。MOS晶体管和电流跟踪PWM输出必须按照专用高速光耦连接。根据MOS管的过电流值和电机谷值的线电流，采用合适的MOS管，即三相混合步进电动机的线电流谷值低于MOS管的较大电流。在该设计方案中，电机较大的相电流为8.1A，是相电流的有效值，谷值相电流为8.1 8.1* sqrt(2)=11.312A另外，三相混合式步进电动机的绕组呈三角形连接时，线电流为相电流的3倍，因此线电流的谷值为19.6A，根据G30N60B3DPDF的文本文件，其最大(zui)大流量值为30A，因此可以保证所有正常工作标准，适度热管散热设计方案，保证内部结温毕竟低于150，所以需要额外加热散热器，强制风冷，保证MOS管正常工作。

　　3.4并行端口通信：

　　为了防止在整个操作过程中因断电或其他异常原因造成的损坏，感应通电RAM用于存放电机零件，以确保拨打电话后可以再次生产加工钢铁零件。并口RAM比传统的E2ROM速率传输更快、更可靠，可以更合理地记录电机运行情况，但占用CPU更多的I/O口，CPU有足够的资源应用。3.5监控软件的步骤

　　主程序流程图

　　主程序流程图

　　中断部分流程图

　　中断部分流程图

　　为了降低功耗并保持电动机，设置了全自动半电流动作，由迟滞比较器完全调整。

　　四相混合步进电动机控制器介绍

　　3HB0822M是一款控制器，以精确的正弦电流输出操作三相混合步进电动机。驱动器的工作电压范围为110V-220V，适用于所有直径为110、130、150系列产品，驱动电流在10A以下的三相混合步进电动机。具有断电时位置记忆功能。三相混合式步进电动机控制器控制面板上的8位拨动开关，可以轻松保持对不同步进电动机电流和不同细分步长的精确控制(独特的电流和细分设置可根据客户的规定定制)，输入数据信号采用光学保护，抗干扰性能强，可融入极端自然环境。此外，这款三相混合式步进电动机控制器驱动器的步进电动机可以在较宽的频率范围内保持步进电动机较大的输出扭矩不变，运行稳定，噪音极低，特别适合大扭矩、高转速的场所。

　　5相混合步进电动机控制器引脚接线图

　　三相混合步进电动机控制器引脚接线图

　　6相混合步进电动机控制器单/双单脉冲、相电流和优良性能的设置：