三相混合式步進電動機斬波驅(qū)動方式的實現(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)式和混合式步進電動機不同驅(qū)動特點的基礎(chǔ)上，提出了三相混合式步進電動機的斬波驅(qū)動方式。針對具有上、下橋臂的逆變器，論述繞組電流的檢測和轉(zhuǎn)換。為提高驅(qū)動器的運行可靠性，設(shè)計了功率器件的保護電．路。
l引 言
混合式步進電動機與反應(yīng)式步進電動機相比，具有分辨率高、驅(qū)動電流小、功耗低、轉(zhuǎn)矩體積比大等特點。國內(nèi)于1987年研制出混合式步進電動機，由于它的這些顯著優(yōu)點，引起越來越多用戶的矚目。在不到10年的時問里，其設(shè)計方法、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)動器的進展卻很緩慢，尤其是大轉(zhuǎn)矩混合式步進電動機的驅(qū)動更不如人意。究其原因，主要是運行可靠性低，驅(qū)動方式落后，致使混合式步進電動機不能推廣應(yīng)用。因此采用新的功率器件和專用集成控制器件，借鑒其它種類電機的驅(qū)動控制技術(shù)，或研究針對混合式步進電動機的驅(qū)動控制技術(shù)，是改變目前驅(qū)動器落后狀況的現(xiàn)實途徑。
2混合式步進電動機的驅(qū)動特點
斬波控制技術(shù)在反應(yīng)式步進電動機的驅(qū)動器上已獲得應(yīng)用，而且種類很多，其中的一種定電流控制驅(qū)動電路如圖1所示。環(huán)形分配器輸出相控信號控制功放管m2，當(dāng)m2導(dǎo)通時，若電流檢測信號大于電流基準(zhǔn)．則由合成電路產(chǎn)生的斬波信號關(guān)斷m1．繞組電流續(xù)流一段時間△t（△t由延時電路產(chǎn)生)后，
電流檢測信號小于電流基準(zhǔn)，斬波信號開通m1，維持由電流基準(zhǔn)決定的繞組電流。
與圖1中反應(yīng)式步進電動機驅(qū)動電路不同。三相混合式步進電動機的驅(qū)動主回路如圖2所示。上橋臂的3個功放管使用三組獨立的控制電源，下橋臂的3個功放管共用一組獨立的控制電源。
反應(yīng)式步進電動機的繞組電流是單極性的，各相繞組電流在電路上是獨立的。而混合式步進電動機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，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，余類推)。
(1)通電狀態(tài)為ab，等效電路見圖3a。
ia=-ib=i，ic=0
式中 i——基準(zhǔn)電流
(2)通電狀態(tài)為abc，等效電路見圖3b。
(3)通電狀態(tài)為bc，等效電路見圖3c。
ia=o，ic=-ib=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，若用電阻對電流檢測，檢測信號的處理很復(fù)雜。
圖2中的3個電流傳感器ia、ib、ic采用基于磁場平衡式原理的霍爾電流傳感器。它的輸出信號回路和待測電流回路是互相隔離的，測量誤差小．反應(yīng)時間小于1μs，待測電流的頻率范圍為0～1 50khz，線性度高，輸出與輸入成正比，當(dāng)繞組電流為正時，傳感器的輸出電壓為正，繞組電流為負時，輸出電壓為負。
圖4的雙限比較電路將雙極性的電流檢測信號ui轉(zhuǎn)換成單極性的方波信號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，  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u a、u b、u c，只要 |
