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文件名称:三相混合式步进电机驱动器的设计原理和控制详解.docx
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总页数:9 页
更新时间:2025-05-26
总字数:约5.35千字
文档摘要

上海昀研自动化科技自2025年起致力于三相混合式步进电机及驱动器的开发,42系列低压三相混合式步进电机,57系列低压、高压三相混合式步进电机,86系列低压、高压三相混合式步进电机,110、130系列高压三相混合式步进电机,YK3605MA,TK3411MA,YK3822MA,YKA3722MA等多款产品已成功应用于市场。

上海昀研自动化科技生产的三相混合式步进电机承受沟通伺服原理工作,转子和定子的直径比高达50%,高速时工作扭矩大,低速时运行极其平稳,几乎无共振区。其配套驱动器YK3822MA具有单相220V/50Hz输入,三相正弦输出,输出电流可设置,具有十细分和半流额定值60%功能;掌握方式敏捷,有“脉冲+方向掌握”,也有“正转脉冲+反转脉冲”掌握方式;有过宠保护功能,因此使用起来格外的便利。

前言

步进电机是一种开环伺服运动系统执行元件,以脉冲方式进展掌握,输出角位移。与沟通伺服电机及直流伺服电机相比,其突出优点就是价格低廉,并且无积存误差。但是,步进电机运行存在很多缺乏之处,如低频振荡、噪声大、区分率不高等,又严峻制约了步进电机的应用范围。步进电机的运行性能与它的驱动器有亲热的联系,可以通过驱动技术的改进来抑制步进电机的缺点。相对于其他的驱动方式,细分驱动方式不仅可以减小步进电机的步距角,提高区分率,而且可以削减或消退低频振动,使电机运行更加平稳均匀。总体来说,细分驱动的掌握效果最好。由于常用低端步进电机伺服系统没有编码器反响,所以随着电机速度的上升其内部掌握电流相应减小,从而造成丢步现象。所以在速度和精度要求不高的领域,其应用格外广泛。

由于三相混合式步进电机比二相步进电机有更好的低速平稳性及输出力矩,所以三相混合式步进电机比二相步进电机有更好应用前景。传统的三相混合式步进电机掌握方法都是以硬件比较器完成,本文主要表达使用DSP及空间矢量算法SVPWM来实现三相混合式步进电机掌握。

细分原理

步进电机的细分掌握从本质上讲是通过对步进电机的定子绕组中电流的掌握,使步进电机内部的合成磁场按某种要求变化,从而实现步进电机步距角的细分。最正确的细分方式是恒转矩等步距角的细分。一般状况下,合成磁场矢量的幅值打算了电机旋转力矩的大小,相邻两合成磁场矢量的之间的夹角大小打算了步距角的大小。在电机内产生接近均匀的圆形旋转磁场,各相绕组的合成磁场矢量,即各相绕组电流的合成矢量应在空间作幅值恒定的旋转运动,这就需要在各相绕相中通以正弦电流。

三相混合式步进电机的工作原理格外类似于沟通永磁同步伺服电机。其转子上所用永磁磁铁同样是具有高磁密特性的稀土永磁材料,所以在转子上产生的感应电流对转子磁场的影响可无视不计。在构造上,它相当于一种多极对数的沟通永磁同步电机。由于输入是三相正弦电流,因此产生的空间磁场呈圆形分布,而且可以用永磁式同步电机的构造模型〔图1〕分析三相混合式步进电机的转矩特性。为便于分析,可做如下假设:

电机定子三相绕组完全对称;

磁饱和、涡流及铁心损耗无视不计;c.激磁电流无动态响应过程。

图1三相永磁同步电机的简洁构造模型

U、V、W为定子上的3个线圈绕组,3个线圈绕组的轴线成120°。电机单相绕组通电的时候,稳态转矩可以表达为:T=f〔i,theta〕。其中,i为绕组中通过的电流;theta为电机转子偏离参考点的角度。由于磁饱和效应可以无视不计,并且转子构造是圆形,其矩角特性为严格的正弦,

即:T=k*I*sin〔theta〕,k为转矩常数

假设抱负的电流源以恒幅值为I的三相平衡电流iU、iV、iW供给电机绕组,即:

iU=I*sin〔wt〕iV=I*sin〔wt+2*PI/3〕iW=I*sin〔wt+4*PI/3〕

则电机各相电流产生的稳态转矩为:TU=k*I*sin〔wt〕*sin〔theta〕TV=k*I*sin〔wt+2*PI/3〕*sin〔theta+2*PI/3〕TW=k*I*sin〔wt+4*PI/3〕*sin〔theta+4*PI/3〕

稳态运行时,theta=wt,则三相绕组产生的合成转矩为:

T=TU+TV+TW=3/2*k*I*sin〔PI/2-wt+theta〕=3/2*k*I

以上分析说明,对于三相永磁同步电机,当三相绕组输入相差120°的正弦电流时,由于在内部产生圆形旋转磁场,电机的输出转矩为恒值。因此,将沟通伺服掌握原理应用到三相混合式步进电机驱动系统中,输入的220V沟通,经整流后变为直流,再经脉宽调制技术变为三路阶梯式正弦波形电流,它们按固定时序分别流过三路绕组,其每个阶梯对应电机转动一步。

通过转变驱动器输出正弦电流的频率来转变电机转速,而输出的阶梯数确定了每步转过的角度,当角度越小的时候,那么其阶