文档介绍：电机驱动电路(交、直流)
综述:
我们在实际产品及项目开发过程中,经常会碰到很多控制对象或负载是电机的。我们知道电机是属于感性负载,在实际驱动过程中需要注意很多问题,比如冲击电流大小,驱动电压、驱动方式,怎么保证EMC、EMI性能等。下面针对我司常用的几种类型的电机来探讨下驱动电路模块及一些应用注意点。其中包括步进电机、直流无刷电机(FOC恒力矩电机)、直流马达、PG交流电机等;
目录(目前我司常用的几大类):
一、步进电机
二、直流电机
三、PG交流电机(PID算法)
一、步进电机介绍:步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,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",它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。
步进电机是一种感应电机,它的工作原理是利用电子电路,将直流电变成分时供电的,多相时序控制电流,用这种电流为步进电机供电,步进电机才能正常工作,驱动器就是为步进电机分时供电的,多相时序控制器。
步进电机典型内部接线示意图:
我们一般常用步进电机为四相八拍的,示意接线图如上。下面我们例举一款BYJ系列减速永磁式步进电机(35BYJ46)作详细阐述。
接线图:
红线: 供电+12VDC
棕色: A相线
黄色: B相线
橙色: C相线
蓝色: D相线
注: 以上相线顺序根据不同厂家、不同规格可以是不同的,具体请参阅相应型号的规格书。
35BYJ46 主要几个技术要求:
1. 额定电压:12VDC
2. 直流电阻:130欧±7%(25 ℃)
3. 驱动方式:四相八拍(即A,B,C,D四根相线)
4. 减速比:1/85
5. 步距角: °/85(每一拍角度值)
6. 自定位转矩>=
7. 牵入转矩: >=(100HZ)
等等;
针对以上的技术指标需要注意以下几点:
1. 供电电源:12VDC 电源需要尽量稳定,控制在12VDC ±1V以内。过大的电源纹波会造成步进电机转动不平稳,工作中会有微弱抖动。
2. 常用步进电机的驱动方式:如顺时针一个循环八拍为 A相->AB相-> B相->BC相->C相->CD相->D相->DA相;同理逆时针一个循环八拍
为 DA相->D相-> CD相->C相->BC相->B相->AB相->A相;
由于每根相线直流电阻典型值为130欧,结合软件控制方式每次最多2根相线处于工作状态。所以设计步进电机瞬时驱动电流大小为:I=2* 12V/130欧= mA , 设计时也请留足余量:建议>=200mA;
3. 每相脉冲持续时间:四相八个拍, 每个相线脉冲保持时间参考电机的自定位力矩和牵入转矩等参数、并结合实际应用经验及一些应用负载场合实际状况。我们一般建议采用值:4MS~10MS; 并且每个相线这个驱动时间应尽量等长,不等长同样也会造成电机在转动过程中有抖动。
注: a. 若这个时间太短(如1MS甚至更小)转速会很快,可能在转动过程中不好控制,容易失步,并且力矩很弱可能带不动相应的负载(如摆页、风门等);
b. 这个时间如果太长如一拍20MS或者更大,那么电机转动会很慢,效率很低,但是转动力矩会得到相应提高。一些需要大转矩场合可以适当加大这个时间长度。这个原理也累似于汽车发动机转数与牵引力的关系( 这个转速与扭矩的关系大家可以在实际使用过程中灵活调整,从而达到最佳的效果!)。
具体转动角度计算方法: 我们结合减速比(1/85)及步距角( °/85 )这两个参数可以计算出软件上应该给几个八拍的脉冲: 假设要顺时针转动45°角= ( °/85 )*8拍*X; 得出X=, 所以我们程序里面可以设置 64这个值,以达到控制步进电机转动45 °角的目的;
5. 步进电机软件驱动方法: 采用定时中断调用,尽量保证每个节拍的驱动时间等长,步进电机端口赋新值尽量一次性赋值,步进电机停止时确保所有四相的驱动口线保持关闭,若有未关闭口线则会因长时间通电发热,损坏电机。另步进电机摆动时到达极限位置时可适当停顿几十毫秒(MS)时间,有利于缓解步进电机内部线圈发热现象,提升其工作及使用寿命。
常用步进电机的硬件驱动线路:
1. 采用ULN2003达林顿驱动芯片;
2. 单片机MCU驱动IN一般建议规划在同一
个PORT口(~)因为步进电机驱动
程序一般是放在中断程序中的(当然能保证每拍