步进驱动器基础及工作原理

2023-10-30

 从步进电机的转动原理可以得出,要使步进电机正常运行,必须按规律控制步进电机的每一相绕组得电。步进驱动器接收外部的信号是方向信号(DIR)和脉冲信号(CP)。另外步进电机在停止时,通常有一相得电,电机的转子被锁住,所以当需要转子松开时,可以使用脱机信号(FREE)。


 环形分配器:接收脉冲信号(CP)、方向信号(DIR)、脱机信号(FREE)

 
 

 主要功能是接收来的脉冲信号进行分配,去控制功率放大器相应的晶体管导通,步进电机的线圈得电。

 方向信号主要控制AB通电的相序,A-B顺时针,B-A逆时针

 脱机信号,当步进电机停止时,AB线圈有一相得电,得电的功能使转子锁住,使转子不能动,需要收去拨动转子的时候,需要给脱机信号,使AB相绕组完全断电,转子处于自由转动状态

 

 细分:为了提高步进电动机的精度,现在的步进驱动器都有细分的功能。所谓细分,就是通过驱动器中电路的方法把步距角减小。

 比如把步进驱动器设置为5细分,假设原来步距角1.8°,那么设为5细分后,步距角就是0.36°。也就是说原来一步可以走完的,设置成细分后需要走5步。

 设置细分时要注意的事项:

 1.一般的情况下,细分数不能设置的过大,因为在控制脉冲频率不变的情况下,细分越大,电机的转速越慢,而且电机的输出力矩减小。

 2.驱动步进电机的脉冲频率不能太高,一般不超过2KHz,否则电机输出的力矩迅速减小。

 步进驱动脉冲的频率(横坐标)和输出转矩的关系

 

 静态电流半流:静态电流是电机处于停止状态(不断电),一相绕组通电,通过的电流是额定电流的一半。

 静态电流全流:静态电流是电机处于停止状态(不断电),一相绕组通电,通过的电流是额定电流的全部。
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1、步进电机是一种作为控制用的特种电机, 它的旋转是以固定的角度(称为"步距角")一步一步运行的, 其特点是没有积累误差(精度为100%), 所以广泛应用于各种开环控制。

步进电机的运行要有一电子装置进行驱动, 这种装置就是步进电机驱动器, 它是把控制系统发出的脉冲信号转化为步进电机的角位移, 或者说: 控制系统每发一个脉冲信号, 通过驱动器就使步进电机旋转一步距角。所以步进电机的转速与脉冲信号的频率成正比。所以,控制步进脉冲信号的频率,可以对电机精确调速;控制步进脉冲的个数,可以对电机精确定位目的;

2、步进电机通过细分驱动器的驱动,其步距角变小了,如驱动器工作在10细分状态时,其步距角只为‘电机固有步距角‘的十分之一,也就是说:‘当驱动器工作在不细分的整步状态时,控制系统每发一个步进脉冲,电机转动1.8°;而用细分驱动器工作在10细分状态时,电机只转动了0.18° ‘,这就是细分的基本概念。 细分功能完全是由驱动器靠精确控制电机的相电流所产生,与电机无关。

要了解"细分",先要弄清"步距角"这个概念:它表示控制系统每发一个步进脉冲信号,电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值,如0.9°/1.8°(表示半步工作时为0.9°、整步工作时为1.8°),这个步距角可以称之为‘电机固有步距角‘,它不一定是电机实际工作时的真正步距角,真正的步距角和驱动器有关 。

步进电机的细分技术实质上是一种电子阻尼技术,其主要目的是减弱或消除步进电机的低频振动,提高电机的运转精度只是细分技术的一个附带功能。

步进电机的细分控制,从本质上讲是通过对步进电机励磁绕组中电流的控制,使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场,从而实现步进电机步距角的细分,一般情况下,合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小,相邻两合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步距角的大小,步进电机半步工作方式就蕴涵了细分的工作原理。

3、驱动器细分有什么优点,为什么一定建议使用细分功能?
  驱动器细分后的主要优点为:完全消除了电机的低频振荡。低频振荡是步进电机(尤其是反应式电机)的固有特性,而细分是消除它的唯一途径,如果您的步进电机有时要在共振区工作(如走圆弧),选择细分驱动器是唯一的选择。提高了电机的输出转矩。尤其是对三相反应式电机,其力矩比不细分时提高约30-40% 。提高了电机的分辨率。由于减小了步距角、提高了步距的均匀度,‘提高电机的分辨率‘是不言而喻的。

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