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對比分析:步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路優(yōu)缺點(diǎn)

發(fā)布時(shí)間:2013-02-04 責(zé)任編輯:hedyxing

【導(dǎo)讀】步進(jìn)電機(jī)是一種將電能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。相比其他電機(jī)其具有較高的定位精度,無位置累積誤差的優(yōu)點(diǎn);開環(huán)控制系統(tǒng)使其成本教低,但是步進(jìn)電機(jī)也有缺點(diǎn)。本文一一分析步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

步進(jìn)電機(jī)
步進(jìn)電機(jī)

由于步進(jìn)電機(jī)在低速運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)、噪聲大,在振蕩頻率附近運(yùn)行時(shí)易產(chǎn)生共振,輸出轉(zhuǎn)矩隨著步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速升高而下降,這些缺點(diǎn)限制了步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用范圍。

步進(jìn)電機(jī)的以上特點(diǎn),解決辦法有兩個(gè):1、生產(chǎn)出更好的步進(jìn)電機(jī),這也是根本上決定消除負(fù)面特點(diǎn)的硬件措施,2、設(shè)計(jì)出更好的驅(qū)動(dòng)器,好的驅(qū)動(dòng)器可以避諱電機(jī)的種種不足,可以顯著地提高步進(jìn)電機(jī)的性能。由于電機(jī)生產(chǎn)出來以后他的所有參數(shù)都是固定的,因此提高驅(qū)動(dòng)器的性能是解決問題的關(guān)鍵,本文討論的關(guān)鍵是各種驅(qū)動(dòng)技術(shù)的缺點(diǎn)和難點(diǎn)。

1、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)

①運(yùn)動(dòng)控制電路:用于產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)向的脈沖,脈沖的速度可以控制電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度。
②步進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路:由兩部分組成(A、計(jì)算電機(jī)運(yùn)動(dòng)的脈沖數(shù)和控制電機(jī)的各種狀態(tài);B、功率輸出電路,用于將控制輸出實(shí)現(xiàn)電機(jī)運(yùn)動(dòng)或停止的各種目的),根據(jù)這兩個(gè)的組合不同可以分成以下幾種:恒電壓驅(qū)動(dòng)方式,高低壓驅(qū)動(dòng),自激恒電流斬波驅(qū)動(dòng),電流比較斬波驅(qū)動(dòng),潛進(jìn)式驅(qū)動(dòng)(最新的驅(qū)動(dòng)技術(shù))。
③步進(jìn)電機(jī):步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī),實(shí)現(xiàn)由電能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能的過程。

2 、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方電路優(yōu)缺點(diǎn)分析

恒電壓驅(qū)動(dòng)

單電壓驅(qū)動(dòng)是指在電機(jī)繞組工作過程中,只用一個(gè)方向電壓對繞組供電,多個(gè)繞組交替提供電壓。該方式是一種比較老的驅(qū)動(dòng)方式,現(xiàn)在基本不用了。

優(yōu)點(diǎn):電路簡單,元件少、控制也簡單,實(shí)現(xiàn)起來比較簡單。

缺點(diǎn):必須提供足夠大的電流的三極管來進(jìn)行開關(guān)處理,電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度比較低,電機(jī)震動(dòng)比較大,發(fā)熱大。由于已經(jīng)不再使用,所以不多描述。

高低壓驅(qū)動(dòng)
   
由于恒電壓驅(qū)動(dòng)存在以上諸多缺點(diǎn),技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,研發(fā)出新的高低壓驅(qū)動(dòng)來改善恒電壓驅(qū)動(dòng)的部分缺點(diǎn),高低壓驅(qū)動(dòng)的原理是,在電機(jī)運(yùn)動(dòng)到整步的時(shí)候使用高壓控制,在運(yùn)動(dòng)到半步的時(shí)候使用低壓控制,停止時(shí)也是使用低壓來控制。

優(yōu)點(diǎn):高低壓控制在一點(diǎn)程度上改善了震動(dòng)和噪音,第一次提出細(xì)分控制步進(jìn)電機(jī)的概念,同時(shí)也提出了停止時(shí)電流減半的工作模式。

缺點(diǎn):電路相對恒電壓驅(qū)動(dòng)復(fù)雜,對三極管高頻特性要求提高,電機(jī)低速仍然震動(dòng)比較大,發(fā)熱仍然比較大,現(xiàn)在基本上不使用這種驅(qū)動(dòng)模式。

自激式恒電流斬波驅(qū)動(dòng)

自激式恒電流斬波驅(qū)動(dòng)的工作原理是通過硬件設(shè)計(jì)當(dāng)電流達(dá)到某個(gè)設(shè)定值的時(shí)候通過硬件將其電流關(guān)閉,然后轉(zhuǎn)為另一個(gè)繞組通電,另一個(gè)繞組通電的電流到某個(gè)固定的電流的時(shí)候,又能通過硬件將其關(guān)閉,如此反復(fù),推進(jìn)步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)。

優(yōu)點(diǎn):噪音大大減小,轉(zhuǎn)速一定程度上提高了,性能比前兩種有一定的提高。

缺點(diǎn):對電路設(shè)計(jì)要求比較高,對電路抗干擾要求比較高,容易引起高頻,燒壞驅(qū)動(dòng)元件,對元件性能要求比較高。

電流比較斬波驅(qū)動(dòng)

電流比較斬波驅(qū)動(dòng)是把步進(jìn)電機(jī)繞組電流值轉(zhuǎn)化為一定比例的電壓,與D/A轉(zhuǎn)換器輸出的預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較,比較結(jié)果來控制功率管的開關(guān),從而達(dá)到控制繞組相電流的目的。

優(yōu)點(diǎn):使運(yùn)動(dòng)控制模擬正弦波的特點(diǎn),大大提高性能,運(yùn)動(dòng)速度和噪音都比較小,可以使用比較高的細(xì)分,是當(dāng)前流行的控制方法。

缺點(diǎn):電路比較復(fù)雜,對電路中的干擾難以控制和理論要求相吻合,容易產(chǎn)生抖動(dòng),在控制形成正弦波的波峰和波谷,容易導(dǎo)致高頻干擾,進(jìn)而導(dǎo)致驅(qū)動(dòng)元件發(fā)熱或者由于頻率過高而老化,這也是很多驅(qū)動(dòng)器使用1年多的時(shí)候容易出現(xiàn)紅燈保護(hù)的主要原因。

潛進(jìn)式驅(qū)動(dòng)

    
這是一種全新的運(yùn)動(dòng)控制技術(shù),該技術(shù)是在當(dāng)前電流比較斬波驅(qū)動(dòng)技術(shù)的前提下,克服其中的缺點(diǎn)而創(chuàng)新的一種全新的驅(qū)動(dòng)方法。其核心技術(shù)是在電流比較斬波驅(qū)動(dòng)的前提下增加了驅(qū)動(dòng)元件發(fā)熱和高頻抑制保護(hù)技術(shù)。

優(yōu)點(diǎn):兼有電流比較斬波驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)外,發(fā)熱特別小,使用壽命較長。

缺點(diǎn):全新技術(shù),價(jià)格比較高,目前每種電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器匹配要求相對比較嚴(yán)格。
   
驅(qū)動(dòng)器技術(shù)的發(fā)展,從原來國外一枝獨(dú)秀到國內(nèi)各種優(yōu)秀技術(shù)涌現(xiàn),可以看出國內(nèi)技術(shù)的進(jìn)步,同時(shí)也可以看出,每一次技術(shù)的革新都會(huì)帶來幾個(gè)以高端技術(shù)去引導(dǎo)市場的市場革命,在步進(jìn)技術(shù)相對成熟的今天,碩科數(shù)控?cái)y全新的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)技術(shù),把國內(nèi)的步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器再次推向國際市場,原來依靠進(jìn)口驅(qū)動(dòng)器來獲得高性能的國內(nèi)廠家,在看到本技術(shù)所闡述的內(nèi)容后,相信會(huì)從內(nèi)心對國內(nèi)技術(shù)的期望發(fā)生改變。原來使用日本進(jìn)口的國內(nèi)工程師們,現(xiàn)在讓他們找到拒絕日本產(chǎn)品的理由了,可以跟小日本再次說一聲NO。
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