前言

基本信息

前言说明

根据我读的《步进电机应用技术》这本书，进行的学习过程中的知识记录和心得体会的记录。

步进电机的驱动与控制

  本章介绍步进电机的主要驱动方式和控制方法。步进电机性能除了电机本体外，还会根据驱动方式和控制方法不同而受到很大影响。选择步进电机的时候，同时要着重考虑驱动方式和控制方法。

5.1 恒电压驱动

1 . 使用外加电阻的驱动

  步逬电机的绕组使用粗导线时，线圈电阻Rw值很小，如图5. 1 所 示 。在各相线圈中，串联外部电阻R，为的是限制绕组流过的电流小干额定电流 I 。限制绕组流过电流的方法，可采用降低电源电压和串联外部电阻R的两种方法。

  假设步进电机的线圈电感为L，绕组电阻为Rw，电气时间常数为τ，外加电阻R时，电气时间常数公式如下

  外加电阻使时间常数τ变小，电流上升比较快，从而使步进电机的驱动脉冲频率变快，图5. 1所示为尤外部电阻与带外部电阻R的电流上升曲线的比较t1时刻，没冇电阻R时，电流只上升到I1，有电阻R时，电流上升到I2，使高速时的转矩得到很大的改善；缺点是铜耗增大。近几年都使用恒电流斩波驱动，恒压方式已不常用。

2 . 无外加电阻的驱动

  步进电机只有运行在低速下，才不需要外加电阻，线圈直接用电源电压外加功率半导体作恒电压驱动，此时步进电机的绕圈导线半径较细，匝数较多，电阻值较大。此方法多用于小电流驱动方式。

3 . 电压驱动

  驱动步进电机时使用外加电压，例如图5. 2所示的方式，当驱动电压为24V时,达到位置后停止转动，将其电压切换为5V，则总损耗功率下降。这便是二电压控制方式。也可以根据负载的种类，为保持定位的精度，稍加一定的电流。另一种方法是，在低速时用低的电压驱动，而高速时，即在一定速度以上就切换到髙电压驱动的方法。

5.2 恒电流驱动

  恒电流斩波器驱动(chopper)原理如图5, 3所示。
  额定电流或设置的驱动电流值为I0时，加电压在绕圈上，若超过所设定的电流值I0，则把所加的电压V关断，使电流减少，若低于所设定的电流值I0，则把所加电压V打开，使电流再增加至所设定的电流值I0……如此反复，使I0为恒定电流。图5. 3中， V以及I表 示 1 相 关 断 的 电 压 、电流，1相电压加到t1秒时间区间。
  如果步进电机低速转动时，不用恒电流斩波器驱动，当流过电机线圈的电流超过额定电流时，电机会产生很高的温升，有可能会烧毁。在高速运行时，1相绕组电压所加的时间若在图5. 3的t0以下，使电源不能保证提供设定的电流I0值，此时变成恒压驱动。即在高速运行中，有斩波才能变成恒电流驱动。


  电流测量值与设定电流I0相对应的基准电压Vr用差动放大器比较，使其达到设定的电流值，施加到电机的电压斩波器的控制端。此处，恒电流斩波电路使用恒电压电路。同一步进电机的恒电压与恒电流脉冲频率-转矩特性曲线比较如图5. 5所示。
  两者在同一额定电流约10pps以内时，具有相同的转矩，但低速时恒电流斩波驱动器产生转矩较大。稳态电流值两者虽然相同，但由于恒电流斩波驱动器其电流上升快，所以其值略高于平均电流值，使用上需要注意上述问题。