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基于單片機的步進電機控制器設計畢業論文(編輯修改稿)

2025-12-18 14:55 本頁面

　

【文章內容簡介】 luctance，簡稱 VR)反應式步進電機的轉子是由軟磁材料制成的，轉子中沒有繞組。它的結構簡單，成本低，步距角可以做得很小，但動態性能較差。反應式步進電機有單段式和多段式兩種類型； (2)永磁式步進電機 (Permanent Mag，簡稱 PM)永磁式步進電機的轉子是用永磁材料制成的，轉子本身就是一個磁源。轉子的極數和定子的極數相同，所以一般步距角比較大。它輸出轉矩大，動態性能好，消耗功率小 (相比反應式 )，但啟動運行頻率較低，還需要正負脈沖供電； (3)混合式步進電機 (Hybrid，簡稱 HB)混合式步進電機綜合了反應式和永磁式兩者的優點。混合式與傳統的反應式相比，結構上轉子加有永磁體，以提供軟磁材料的工作點，而定子激磁只需提供變化的磁場而不必提供磁材料工作點的耗能，因此該電機效率高，電流小，發熱低。步進電機的工作原理結構及基本原理步進電機在結構上也是由定子和轉子組成，可以對旋轉角度和轉動速度進行高精度控制。當電流流過定子繞組時，定子繞組產生一矢量磁場，該矢量場會帶動轉子旋轉一角度，使得轉子的一對磁極磁場方向與定子的磁場方向一著該磁場旋轉一個角度。因此，控制電機轉子旋轉實際上就是以一定的規律控制定子繞組的電流來產生旋轉的磁場。每來一個脈沖電壓，轉子就旋轉一個步距角，稱為一步。根據電壓脈沖的分配方式，步進電機各相繞組的電流輪流切換，在供給連續脈沖時，就能一步一步地連續轉動，從而使電機旋轉。電機將電能轉換成機械能，步進電機將電脈沖轉換成特定的旋轉運動。每個脈沖所產生的運動是精確的，并 5 可重復，這就是步進電機為什么在定位應用中如此有效的原因。通過電磁感應定律我們很容易知道激勵一個線圈繞組將產生一個電磁場，分為北極和南極，見圖所示。定子產生的磁場使轉子轉動到與定子磁場對直。通過改變定子線圈的通電順序可使電機轉子產生連續的旋轉運動。兩相電機的步進順序兩相電機的單相通電步進順序在圖中我們很清晰的展示了在單相通電時一個兩相步進電機的典型的步進順序。在第 1 步中，兩相定子的 A 相通電，因異性相吸，其磁場將轉子固定在圖示位置。當 A 相關閉、 B 相通電時，轉子順時針旋轉 90176。在第 3 步中， B相關閉、 A 相通電，但極性與第 1 步相反，這促使轉子再次旋轉 90176。在第 4步中， A 相關閉、 B 相通電，極性與第 2 步相反。重復該順序促使轉子按 90176。的步距角順時針旋轉 [8] [9]。圖激勵線圈產生電磁場 6 圖兩相電機的單相通電步進順序兩相電機的雙相通電步進順序圖中顯示的步進順序稱為“單相激勵”步進。更常用的步進方法是“雙相激勵”，其中電機的兩相一直通電。但是，一次只能轉換一相的極性，見圖所示。在第 1 步中，兩相定子的 A 相和 B 相同時通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關系，其磁場將轉子固定在圖示 step1 位置。在第 2 步中，兩相定子的 A 相關閉，而 B 和 a 相（此時的 a 相通電極性與第 1 步 A 相反）同時通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關系，其磁場將轉子固定在圖示 step2 位置。在第 3 步中，兩相定子的 a 相和 b 相同時通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關系，其磁場將轉子固定在圖示 step3 位置。在第 4 步中，兩相定子的 b 相和A 相同時通電，因異性相吸，再加上力的相互作用關系，其磁場將轉子固定在圖示 step4 位置。按照這樣的通電方式電機就轉過了一周 [8] [9]。兩相步進時，轉子與定子兩相之間的軸線處對直。由于兩相一直通電，本方法比“單相通電”步進多提供了 %的力矩，但輸入功率卻為 2 倍。 7 圖兩相電機的雙相通電步進順序步進電機的半步工作方式電機也可在轉換相位之間插入一個關閉狀態而走“半步”。這將步進電機的整個步距角一分為二。例如，一個 90176。的步進電機將每半步移動 45176。，見圖。但是，與“兩相通電”相比，半步進通常導致 15%～ 30%的力矩損失（取決于步進速率）。在每交換半步的過程中，由于其中一個繞組沒有通電，所以作用在轉子上的電磁力要小，造成了力矩的凈損失。從原理圖我們很容易看到半步工作方式其實就是將兩相電機的單相通電工作方式和兩相電機的雙相通電工作方式相互結合起來。兩相步進電機的工作模式有兩相四拍和兩相八拍等兩種，其中我們在圖和圖中展示的都叫做兩相四拍工作模式，而下面的圖展示的就是兩相八拍工作模式 [8] [9]。 8 圖兩相電機的半步步進順序 9 第 3章步進電機驅動控制技術在混合式步進電動機特點和工作原理的基礎上，本章就步進電動機的驅動控制技術進行了詳細的分析和比較。首先介紹了傳統的驅動方式 :單電壓驅動 (包括單電壓串電阻驅動 )、雙電壓驅動 (包括高低壓驅動 )和恒流斬波驅動的工作原理及優缺點，然后重點介紹了細分驅動方式的原理及其模型。 3． 1 步進電動機的驅動概述一般驅動系統

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