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    卷板機步進電動機的驅動控制
    		

    

    
發(fā)布時間：2020/1/10 15:48:30

    

    
　　　　　　　　　　卷板機步進電動機的驅動控制
    
　　卷板機步進電動機的驅動控制功能由步進驅動器完成。卷板機步進電動機的驅動器由環(huán)形分配器和功率放大器組成，主要功能是將CNC系統(tǒng)發(fā)出的脈沖信號和方向信號進行控制，使脈沖頻率增大或者減小，然后按一蹙的配電方式循環(huán)送給卷板機步進電動機的各相繞組，來實現卷板機步進電動機的正、反向和加、減速旋轉。
    
　　1．環(huán)形分配器
    
　　環(huán)形分配器的功能是進行脈沖分配，它接收CNC系統(tǒng)插補器輸出的指令脈沖，將這個單序列脈沖轉換為卷板機步進電動機需要的多序列脈沖，然后送到功率放大器，使相應的定子繞組斷電或者通電，以實現卷板機步進電動機的相應動作。環(huán)形分配器可以由硬件電路實現，也可以由軟件實現。
    
　　1)硬件環(huán)形分配器
    
　　硬件環(huán)形分配器分為”吼脈沖分配器和CMOS脈沖分配器。11幾類型的脈沖分配器的基本構成是觸發(fā)器和邏輯門，每個觸發(fā)器發(fā)出一個序列脈沖，用來控制卷板機步進電動機相應定子繞組的通斷電。因此，卷板機步進電動機有幾相，就需要環(huán)形分配器轉換幾相序列脈沖，就需要設置幾個觸發(fā)器。圖6—5所示為硬件環(huán)形分配器原理圖。進給脈沖方向控制
    
　　　
    
　　圖5硬件環(huán)形分配器原理圖
    
　　硬件環(huán)形分配器由集成電路的觸發(fā)器、邏輯門等構成。圖中是一個三相六拍的脈沖分配器，由三個D觸發(fā)器和與非門組成。環(huán)形分配器的輸出端QA、QB和Qc分別控制電動機的三相繞組。當方向控制信號為“1”時，三相六拍的運行方式是“A—AB—B—Bc—C--*CA…”，轉子按順時針方向一步一步轉動。反之，當方向控制信號為“0”時，三相六拍的運行方式是“CA—C—CB—B—BA—A…”，轉子按逆時針方向一步一步轉動。進給時環(huán)行分配器真值表如表1所示。
    
　　表1  進給時環(huán)行分配器真值表
        CP
        DA
        DB
        Dc
        QA
        QB
        Qc
    通電相
    0
        1
        1
    0
        1
        0
    0
        A
        1
    0
        1
    0
        1
        l
    0
        AB
        2
    0
        1
        1
    0
        1
        0
        B
        3
        0
        0
        1
    0
        1
        1
        BC
        4
        1
    0
    1
    0
        0
        1
        C
        5
        1
        0
    0
        1
        0
        l
        CA
        6
        1
        1
    0
        1
    0
        0
        A
    
　　也可采用專用的芯片來實現脈沖分配。CMOS脈沖分配器專用芯片CH250就是專為三相卷板機步進電動機設計的集成芯片。硬件環(huán)形分配器的缺點就是對不同相數、不同種類、不同分配方式的卷板機步進電動機都要重新設計硬件分配電路或者選用不同的CMOS芯片，顯然很不方便。
    
　　2)軟件環(huán)形分配器
    
　　軟件環(huán)形分配器的工作連接如圖6所示。軟件環(huán)形分配器的功能由CNC系統(tǒng)中的軟件來完成，CNC系統(tǒng)控制卷板機步進電動機各個繞組的通電、斷電，對不同相數、不同種類、不同分配方式的卷板機步進電動機只需要編制相應的控制程序，將其存入CNC系統(tǒng)中即可。
    
　　
    
　　圖6軟件環(huán)形分配器連接圖
    
　　2．功率放大器
    
　　環(huán)形分配器輸出的脈沖信號功率很小，電壓幅度只有5 v左右，電流幅度為mA級，因此，要進行功率放大才能驅動卷板機步進電動機。功率放大器由前置放大器和大功率放大器兩部分組成。前置放大器負責放大環(huán)形分配器送來的脈沖信號，即進給控制信號，并推動大功率驅動部分。前置放大器由若干級反相器、射極跟隨器等組成。大功率放大器進一步將信號放大，輸出卷板機步進電動機各繞組所需電流。
    
　　功率放大器的質量直接影響卷板機步進電動機的性能。功率放大器的負載為卷板機步進電動機的繞組，是強感性負載，其中的電流不能突然發(fā)生變化，相電流從零上升到額定電流和從額定電流下降到零，都需要一段時間。延時將影響卷板機步進電動機的性能，尤其是電動機在高速工作時，輸出轉矩會急劇下降。對卷板機步進電動機驅動電路一般的要求如下：
    
　　(1)失真要小，通電周期內能提供足夠大的矩形波或接近矩形波的電流；
    
　　(2)具有截止期間釋放電流的回路，用來降低繞組兩端的反電動勢，加快電流衰減；
    
　　(3)要求驅動電源效率高、功耗低：
    
　　(4)要求驅動電源運行可靠、穩(wěn)定：
    
　　(5)要求驅動器的安裝調試和維修方便。
    
　　常用的功率放大電路有單電壓驅動、高低壓驅動、恒流斬波驅動等。多采用大功率晶體管(GTR)、場效應晶體管(MOSFET)或者可關斷晶閘管(GTO)作為功率半導體元件。
    
　　1)單電壓驅動電路
    
　　單電壓驅動電路是應用最早的功率放大電路，原理圖如圖6．7所示。
    
　　L3是卷板機步進電動機的三相繞組，各項繞組均由相應的放大器驅動，三相放大器完全相同。工作時，脈沖信號輸入各端，經過放大器后，輸入信號電流放大。沒有脈沖信號時，電動機繞組沒有電流通過，電動機不轉。
    
　　當第一個脈沖輸入第一端，其中的兩級三極管均飽和導通，Lt有電流通過，電動機轉動一步。第二個脈沖輸入第二端，L2有電流通過，卷板機步進電動機再轉動一步，同樣，第三個脈沖輸入第三端，L3得電，電動機再轉一步。這樣脈沖序列依次輸入三端，三組放大器依次驅動電動機三相繞組，電動機一步一步轉動，這里的工作方式稱為三相單三拍。
    
　　這種電路的優(yōu)點是電路簡單、成本低，但是串接的電阻在工作時會產生大量熱量，功耗較大，尤其在高頻工作時對電源的正常工作極其不利。因此，它一般用在小功率、對運行頻率要求不高的場合。
    
　　
    
　　圖7卷板機步進電動機單電壓驅動電路
    
　　2)高低壓驅動電路
    
　　高低電壓驅動方式是在單電壓驅動方式的基礎上，為解決單電壓驅動的快速性問題而發(fā)展起來的一種供電驅動方式。圖8所示是卷板機步進電動機一相繞組的高低壓驅動電路。
    
　　
    
　　圖8卷板機步進電動機一相繞組的高低電壓驅動電路，其基本原理是在脈沖到來時，電動機繞組兩端先加一較高電壓，使繞組電流快速建蔫之后改用低電壓，以維持相電流的大小。電路無脈沖輸入時，VTl、VT2、VT3  VT4都琴止，電動機繞組沒有電流通過，電動機不轉。有脈沖輸入時，VTl、VT2、vT3和VT4飽穆導通，由截止狀態(tài)到飽和狀態(tài)期間，脈沖變壓器的初級電流快速上升，變壓器次級感應個電壓，使得VT3導通，這就產生一個高壓U1加到電動機繞組上，當VT2進入穩(wěn)壓狀態(tài)，變壓器初級電流暫定，次級感應電壓降低為零，VT3處于截止狀態(tài)，這是低電壓覘加到繞組上，并維持繞組中的電流恒定。
    
　　這種驅動電路使電流波形得到很大改善，電動機的矩頻特性良好，啟動和運行頻率都有很大提高，但是在高壓工作結束，低壓工作開始的銜接處，電動機的輸出力矩有所下降。
    
　　3)恒流斬潑驅動電路
    
　　高低壓驅動電路的高低壓銜接處電流波形為凹形，為彌補這一缺陷，發(fā)展了恒流斬波驅動技術，確保卷板機步進電動機的電流恒定保持在額定值附近。圖6-9所示為一種經典的恒流斬波驅動電路原理圖。它是單極型驅動方式，充分利用電源電壓，工作頻率范圍寬，在很大程度上改善了電流波形、矩頻特性，并且不需要外接限流電阻，因此，功耗大大降低，提高了電源的工作效率。
    
　　
    
　　圖9恒流斬波驅動電路原理圖
    
　　隨著電力電子技術、微處理器技術，以及微電子技術的飛速發(fā)展，步進驅動控制技術不斷完善并且趨于成熟，步進驅動裝置也發(fā)展成為模塊化的驅動器。步進驅動器的結構和性能決定了卷板機步進電動機的運行品質，同一臺卷板機步進電動機配合不同類型的步進驅動器，其性能會產生差異。對步進驅動器的設計和改進，也需要對卷板機步進電動機的結構和運行原理進行深入了解。隨著步進驅動器的發(fā)展，使得卷板機步進電動機被廣泛應用，也使得卷板機步進電動機和步進驅動器成為不可分割的整體。
    		

    

    	
				
    
			
    		      		
        
    
  
    

    


    
	
	
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