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数控机床步进电动机驱动电路结构原理

信息来源:MOTEC直流伺服电机代理商-深圳兴弘泰自动化
数控机床步进电动机驱动电路结构原理松下伺服一级代理-兴弘泰自动化
目前,国内经济型数控机床步进电动机驱动电路主要有以下几种:
1.单电压限流型驱动电路
  单电压限流型驱动电路是步进电动机一相的驱动电路,L是电动机绕组,晶体管VT可以认为是一个无触点开关,它的理想工作状态应使电流流过绕组L的波形尽可能接近矩形波。但是由于电感线圈中的电流指数规律上升,其时间常数 ,须经过 的时间后才能达到稳态电流。
  二极管V在晶体管VT截止时起续流和保护作用,以防止晶体管截止瞬间绕组产生的反电势造成管子击穿,串联电阻RD使电流下降更快,从而使绕组电流波形后沿变陡。


由于步进电动机绕组本身的电阻很小,所以,时间常数很大,从而严重影响电动机的启动频率。为了减小时间常数,在励磁绕组中串以电阻R,这样时间常数 就大大减小,缩短了绕组中电流上升的过度过程,从而提高了工作速度。
在电阻R两端并联电容C,是由于电容上的电压不能突变,在绕组由截止到导通的瞬间,电源电压全部降落在绕组上,使电流上升更快,所以,电容C又称为加速电容。
  这种电路的缺点是R上有功率消耗。为了提高快速性,需加大R的阻值,随着阻值的加大,电源电压也势必提高,功率消耗也进一步加大,正因为这样,单电压限流型驱动电路的使用受到了限制。
2.高低压切换型驱动电路
优点:功耗小,启动力矩大,突跳频率和工作频率高。
缺点:大功率管的数量要多用一倍,增加了驱动电源。
  高低压切换型驱动电路的最后一级如图 (a)所示,相应的电压电流波形图如图(b)所示。这种电路中采用高压和低压两种电压供电,一般高压大于60V,低压为5~20V。V1在VT1和VT2都截止时通过电源和V2为电机绕组提供放电回路。在t1-t2时间内。


  VT1和VT2均饱和导通,+80V的高压电源经过VT1和VT2管加到步进电动机的绕组上,使其电流迅速上升,当时间到达t2时,或电流上升到某一数值时,Ub2变为低电平,VT2截止,电动机绕组的电流由+12V电源经过VT1管来维持。
  此时,电流下降到电动机的额定电流,直到t3时Ub1也为低电平,VT1管截止,电动机绕组电流下降到0。一般电压Ub1由脉冲分配经过几级放大获得,电压Ub2由单稳定时或定流装置再经脉冲变压器获得。
3.PWM 型驱动电路
恒频脉宽调制功放电路基本上是把斩波恒流和斩波平滑功放电路的特点集于一身,功能更好。V1是20kHz的方波,它作为各相D触发器的时钟信号CP,以保证各相以同样的频率进行斩波。V2是步进控制信号。


Vref是比较器OP的正输入端信号,它用于确定电机绕组电流iL 的稳定值。恒频脉宽调制功率放大电路不但有较好高频特性,而且有效地减少了步进电机的噪声,同时还降低了功耗。因此体积也可以减少。但是由于斩波的频率较高,对功放管的要求也稍高。而这种电路的低频振荡也较高。
步进电动机的驱动电路实际上是一种脉冲放大电路,使脉冲具有一定的功率驱动能力。由于功率放大器的输出直接驱动电动机绕组,因此,功率放大电路的性能对步进电动机的运行性能影响很大。对驱动电路要求的核心问题则是如何提高步进电动机的快速性和平稳性。

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