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三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)斬波驅(qū)動(dòng)方式的實(shí)現(xiàn)

    姜淑忠  楊煥新  趙繼敏

    (上海交通大學(xué)200030鄭州電纜廠)

    【摘  要】在分析反應(yīng)式和混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不同驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的斬波驅(qū)動(dòng)方式。針對(duì)具有上、下橋臂的逆變器，論述繞組電流的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換。為提高驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行可靠性，設(shè)計(jì)了功率器件的保護(hù)電．路。

l引  言

    混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)相比，具有分辨率高、驅(qū)動(dòng)電流小、功耗低、轉(zhuǎn)矩體積比大等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)于1987年研制出混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，由于它的這些顯著優(yōu)點(diǎn)，引起越來(lái)越多用戶的矚目。在不到10年的時(shí)問(wèn)里，其設(shè)計(jì)方法、制造工藝日趨完善，可以滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。而其驅(qū)動(dòng)器的進(jìn)展卻很緩慢，尤其是大轉(zhuǎn)矩混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)更不如人意。究其原因，主要是運(yùn)行可靠性低，驅(qū)動(dòng)方式落后，致使混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)不能推廣應(yīng)用。因此采用新的功率器件和專用集成控制器件，借鑒其它種類(lèi)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，或研究針對(duì)混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，是改變目前驅(qū)動(dòng)器落后狀況的現(xiàn)實(shí)途徑。

2混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)

斬波控制技術(shù)在反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器上已獲得應(yīng)用，而且種類(lèi)很多，其中的一種定電流控制驅(qū)動(dòng)電路如圖1所示。環(huán)形分配器輸出相控信號(hào)控制功放管m2，當(dāng)m2導(dǎo)通時(shí)，若電流檢測(cè)信號(hào)大于電流基準(zhǔn)．則由合成電路產(chǎn)生的斬波信號(hào)關(guān)斷m1．繞組電流續(xù)流一段時(shí)間△t（△t由延時(shí)電路產(chǎn)生)后，

電流檢測(cè)信號(hào)小于電流基準(zhǔn)，斬波信號(hào)開(kāi)通m1，維持由電流基準(zhǔn)決定的繞組電流。

與圖1中反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路不同。三相混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)主回路如圖2所示。上橋臂的3個(gè)功放管使用三組獨(dú)立的控制電源，下橋臂的3個(gè)功放管共用一組獨(dú)立的控制電源。

反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組電流是單極性的，各相繞組電流在電路上是獨(dú)立的。而混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的繞組電流是雙極性的，且通電狀態(tài)不同，繞組的連接形式、繞組電流的大小也不同。以a相繞組電流為例，圖2中的主回路工作在三相12拍通電狀態(tài)時(shí)，即ab、abc、bc，……(a表示上橋臂功放管a導(dǎo)通，a表示下橋臂功放管a導(dǎo)通，余類(lèi)推)。

    (1)通電狀態(tài)為ab，等效電路見(jiàn)圖3a。

    i_a=-i_b=i，i_c=0

式中  i——基準(zhǔn)電流

    (2)通電狀態(tài)為abc，等效電路見(jiàn)圖3b。

 

    (3)通電狀態(tài)為bc，等效電路見(jiàn)圖3c。

    i_a=o，i_c=-i_b=i

    接下去的通電狀態(tài)，按上述分析方法可知a相繞組電流方向反向，大小依次為

等.

   3繞組電流的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換

由于圖2中上下橋臂的功放管使用四組不共地的控制電源，以及繞組電流的雙極性，若用電阻對(duì)電流檢測(cè)，檢測(cè)信號(hào)的處理很復(fù)雜。

圖2中的3個(gè)電流傳感器i_a、i_b、i_c采用基于磁場(chǎng)平衡式原理的霍爾電流傳感器。它的輸出信號(hào)回路和待測(cè)電流回路是互相隔離的，測(cè)量誤差小．反應(yīng)時(shí)間小于1μs，待測(cè)電流的頻率范圍為0～1 50khz，線性度高，輸出與輸入成正比，當(dāng)繞組電流為正時(shí)，傳感器的輸出電壓為正，繞組電流為負(fù)時(shí)，輸出電壓為負(fù)。

圖4的雙限比較電路將雙極性的電流檢測(cè)信號(hào)ui轉(zhuǎn)換成單極性的方波信號(hào)u，v+、v_分別為正向和反向電流基準(zhǔn)，v+=-v_。若忽略二極管d1、d2的管壓降．當(dāng)|ui|大于v+或|v_|時(shí)，否則u=o。

由于繞組電流隨通電狀態(tài)變化，經(jīng)圖4電路得到的方波信號(hào)u_a、u_b、u_c，只要