三相混合式步進電動機斬波驅動方式的實現

    姜淑忠  楊煥新  趙繼敏

    (上海交通大學200030鄭州電纜廠)

    【摘  要】在分析反應式和混合式步進電動機不同驅動特點的基礎上，提出了三相混合式步進電動機的斬波驅動方式。針對具有上、下橋臂的逆變器，論述繞組電流的檢測和轉換。為提高驅動器的運行可靠性，設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式步進電動機相比，具有分辨率高、驅動電流小、功耗低、轉矩體積比大等特點。國內于1987年研制出混合式步進電動機，由于它的這些顯著優點，引起越來越多用戶的矚目。在不到10年的時問里，其設計方法、制造工藝日趨完善，可以滿足工業生產的要求。而其驅動器的進展卻很緩慢，尤其是大轉矩混合式步進電動機的驅動更不如人意。究其原因，主要是運行可靠性低，驅動方式落后，致使混合式步進電動機不能推廣應用。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動控制技術，或研究針對混合式步進電動機的驅動控制技術，是改變目前驅動器落后狀況的現實途徑。

2混合式步進電動機的驅動特點

斬波控制技術在反應式步進電動機的驅動器上已獲得應用，而且種類很多，其中的一種定電流控制驅動電路如圖1所示。環形分配器輸出相控信號控制功放管m2，當m2導通時，若電流檢測信號大于電流基準．則由合成電路產生的斬波信號關斷m1．繞組電流續流一段時間△t（△t由延時電路產生)后，

電流檢測信號小于電流基準，斬波信號開通m1，維持由電流基準決定的繞組電流。

與圖1中反應式步進電動機驅動電路不同。三相混合式步進電動機的驅動主回路如圖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拍通電狀態時，即ab、abc、bc，……(a表示上橋臂功放管a導通，a表示下橋臂功放管a導通，余類推)。

    (1)通電狀態為ab，等效電路見圖3a。

    i_a=-i_b=i，i_c=0

式中  i——基準電流

    (2)通電狀態為abc，等效電路見圖3b。

 

    (3)通電狀態為bc，等效電路見圖3c。

    i_a=o，i_c=-i_b=i

    接下去的通電狀態，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雜。

圖2中的3個電流傳感器i_a、i_b、i_c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，v+=-v_。若忽略二極管d1、d2的管壓降．當|ui|大于v+或|v_|時，否則u=o。

由于繞組電流隨通電狀態變化，經圖4電路得到的方波信號u_a、u_b、u_c，只要