文档介绍：目录
任务与分析 - 1 -
1 步进电机工作原理 - 2 -
2 总体设计方案 - 3 -
步进电机驱动方案的比较 - 3 -
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3 步进电机驱动器电路原理图 - 7 -
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4 功率器件的选择与计算 - 11 -
功率半导体的选择 - 11 -
相关元件的选择 - 11 -
相关电阻值的计算 - 11 -
5 系统调试 - 13 -
仿真结果 - 13 -
总结 - 15 -
参考文献 - 16 -
摘要
本文设计一种步进电动机斩波恒流驱动器。该电路采用硬件环形分配器产生电脉冲,以IGBT作为驱动器的核心控制器件。其特点是控制性能良好,有效提高步进电机的运行矩频特性、启动矩频特性和惯性特性等。
斩波恒驱动电路采用IGBT为开关管。这是一种新型的全控型电压驱动式功率半导体器件。它集众多优点与一身,高耐压、大电流、高速、开关频率高、低饱和压降、高可靠性。非常适合用来设计步进电动机的驱动器。
步进电机驱动器按照其驱动方式可以分为如下几种:恒压驱动、高低压驱动、变频变压驱动以及斩波恒流驱动等。对于不同的驱动方式,电机的起动特性和运行特性是不同的。几种驱动方式相比,斩波恒流驱动具有高频响应性能好,输出转矩均匀,无共振现象等优点,从而成为当今步进电机驱动的主要方式。步进电机的使用性能与它的驱动器有着密切的关系,步进电机的恒流斩波驱动技术从一定程度上解决了步进电机运行中的一些问题,如电源效率低、电流波形差等。
关键词:步进电机驱动器 IGBT
任务与分析
本组课程设计题目为3A/80V三相六拍步进电机驱动设计。要求采用集成触发环形分配器实现三相六拍的脉冲分配,功率驱动器则采用斩波恒流驱动电路。本课程设计的目的在于通过设计步进电机的驱动器,从而了解步进电机的工作原理及步进电机的四种基本驱动电路,并通过完成步进电机的斩波恒流驱动电路,提高步进电机的运行矩频特性、启动矩频特性和惯性矩频特性,实现步进电机高效而又稳定的控制。
1 步进电机工作原理
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。步进电机是利用电磁铁的作用原理,将脉冲
B
IA
IB
IC
转子
定子
图1-1
信号转换为线位移或角位移的电机。当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度(称为“步距角”),带动机械转动一小段角度。步进电机按反应原理可分为:反应式、永磁式、混合式,下面以反应式步进电机为例说明步进电机的结构和工作原理。
如图1-1所示,定子内圆周均匀分布着六个磁极,磁极上有励磁绕组,每两个相对的绕组组成一相。转子有四个齿。A相绕组通电,B、C 相不通电。由于在磁场作用下,转子总是力图旋转到磁阻最小的位置,故在这种情况下,转子必然转到图2-2(a)所示位置:1、3齿与A、A′极对齐。同理,B相通电时,转子会转过30°角, 2、4齿和B、B´ 磁极轴线对齐,如图2-2(b)所示;当C相通电时,转子再转过30°角,1、3齿和C´、C 磁极轴线对齐,如图2-2(c)所示。这种工作方式下,三个绕组依次通电一次为一个循环周期,一个循环周期包括三个工作脉冲,所以称为三相单三拍工作方式。按A®B ®C ®A ® ……的顺序给三相绕组轮流通电,转子便一步一步转动起来。每一拍转过30°(步距角),每个通电循环周期(3拍)转过90°(一个齿距角)。若按A®AB ®B ®BC ®C ® CA的顺序给三相绕组轮流通电的方式称之为三相六拍工作方式。即每一拍转过15°(步距角),每个通电循环周期(3拍)转过45°(一个齿距角)。除此之,外还有三相双三排等方式。所以,采用这种不同的通电方式可以获得更精确的控制特性。
图2-2
2 总体设计方案
从步进电机的工作原理可知,步进电动机绕组所加的电源是脉冲电压。而如何由控制信号产生能驱动步进电动机工作的脉冲电压则是本课程设计的主要任务。我们设计的步进电动机控制系统如图2-1所示。
控制信号
环形分配器
功率放大器
步进电动机
图2-1 步进电动机控制系统框图
其中控制信号输入控制脉冲,并且控制输入脉冲的频率及脉冲个数。环形分配器的主要功能是采集控制信号并将脉冲按一定的规律分配到电动机的各