机电一体化课程设计-三相步进电机环行分配硬软件设计.doc

杭州职业技术学院 课程设计说明书 题 目 机电一体化课程设计 ――三相步进电机环行分配硬/软件设计 系 别 专 业 班 级 姓 名 指导教师 二○○ 年 月 日 课程设计任务书 一、设计任务： 三相步进电机环行分配硬/软件设计 二、设计要求： 1、阐述步进电机的工作原理 2、设计步进电机的脉冲分配信号 1）利用集成电路实现硬件环行分配 2）利用汇编语言程序实现软件环行分配 3、步进电机的驱动电路设计 三、设计期限 年 月 日至 年 月 日 目 录 第一节 步进电机的工作原理 4 1.1步进电动机 4 1.2三相反应式步进电动机的工作原理 4 1.3步进电动机的特点 7 第二节 步进电机的脉冲分配 8 2.1硬件环形分配 8 2.2软件环形分配 9 第三节 步进电机的驱动电路 13 3.1单电源驱动电路 13 3.2高低压驱动电路 13 3.3斩波恒流功放电路 14 3.4 细分驱动电路 15 参考文献 15 第一节 步进电机的工作原理 1.1步进电动机 电动机是一种将电脉冲信号转换成机械角位移（或线位移）的电磁机械装置。对步进电动机施加一个电脉冲信号时，步进电动机就旋转一个固定的角度，称为一步。每一步所转过的角度叫做步距角。步进电动机的角位移量和输入脉冲的个数严格地成正比例，在时间上与输入脉冲同步。因此，只需控制输入脉冲的数量、频率及电动机绕组通电相序，便可获得所需的转角、转速及旋转方向。在无脉冲输入时，在绕组电源激励下，气隙磁场能使转子保持原有位置而处于定位状态。 1.2三相反应式步进电动机的工作原理 图1所示是三相反应式步进电动机的工作原理图。步进电动机由转子和定子组成。定子上有A、B、C三对绕组磁极，分别称为A相、B相、C相。转子是硅钢片等软磁材料迭合成的带齿廓形状的铁心。如果在定子的三对绕组中通直流电流，就会产生磁场。当A、B、C三对磁极的绕组依次轮流通电，则A、B、C三对磁极依次产生磁场吸引转子转动。 图1 反应式步进电动机工作原理 1）当A相通电，B相和C相不通电时，电动机铁心的AA方向产生磁通，在磁拉力的作用下，转子1、3齿与A相磁极对齐。2、4两齿与B、C两磁极相对错开30°。 2）当B相通电、C相和A相断电时，电动机铁心的BB方向产生磁通，在磁拉力的作用下，转子沿逆时针方向旋转30°，2、4齿与B相磁极对齐。1、3两齿与C、A两磁极相对错开30°。 3）当C相通电，A相和B相断电时，电动机铁心的CC方向产生磁通，在磁拉力的作用下，转子沿逆时针方向又旋转30°，1、3齿与C相磁极对齐。2、4两齿与A、B两磁极相对错开30°。 若按A→B→C…通电相序连续通电，则步进电动机就连续地沿逆时针方向旋动，每换接一次通电相序，步进电动机沿逆时针方向转过30°，即步距角为30°。如果步进电动机定子磁极通电相序按A→C→B…进行，则转子沿顺时针方向旋转。上述通电方式称为三相单三拍通电方式。所谓“单”是指每次只有一相绕组通电的意思。从一相通电换接到另一相通电称为一拍，每一拍转子转动一个步距角，故所谓“三拍”是指通电换接三次后完成一个通电周期。 另一种通电方式称为三相六拍通电方式，即按照A→AB→B→BC→C→CA…相序通电，工作原理如图2所示。如果A相通电，1、3齿与A相磁极对齐。当A、B两相同时通电，因A极吸引1、3齿，B极吸引2、4齿，转子逆时旋转15°。随后A相断电，只有B相通电，转子又逆时旋转15°，2、4齿与B相磁极对齐。如果继续按BC→C→CA→A…的相序通电，步进电动机就沿逆时针方向，以15°的步距角一步一步移动。这种通电方式采用单、双相轮流通电，在通电换接时，总有一相通电，所以工作比较平稳。 图2 三相六拍通电方式工作原理 步进电动机还可用双三拍通电方式，导通的顺序依次为AB→BC→CA→AB，每拍都由两相导通。它与单、双拍通电方式时两个绕组通电的情况相同，由于总有一相持续导通，也具有阻尼作用，工作比较平稳。表1所示是三相单三拍、三相双三拍、三相单双六拍通电方式切换表，由于硬件驱动电路存在电路的竞争与冒险，比如三相单三拍从序号1切换到2，易出现“断、断、断”现象；三相双三拍从序号1切换到2，易出现“通、通、通”现象，由此产生步进电机的振荡。故实际使用当中多采用三相单双六拍通电方式。 表1 步进电机的通电方式 切换 序号 三相单三拍 三相双三拍 三相单双六拍 A相 B相 C相