基于SMA7029M的步進電機驅(qū)動設(shè)計
步進電機是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進電機件。在非超載的情況下,電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù),而不受負(fù)載變化的影響,當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號,它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度,稱為“步距角”,它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運行的??梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量,從而達到準(zhǔn)確定位的目的;同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度,從而達到調(diào)速的目的。
1 步進電機特點及驅(qū)動
步進電機受脈沖電流控制,每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進一個步距角增量。轉(zhuǎn)子的角位移正比于輸入脈沖的數(shù)量,轉(zhuǎn)子的角速度正比于輸入脈沖的頻率,轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向取決于定子繞組的通電順序。在使用過程中步進電機有一定的步距誤差,但沒有累計誤差。若維持控制繞組的電流不變,則步進電機就可停在某一位置不動。其按力矩產(chǎn)生的原理可分為反應(yīng)式步進電機和激磁式步進電機。按輸出力矩大小可分為伺服式步進電機和功率式步進電機。
由于步進電機是屬于感性器件,感抗與其輸入頻率是成正比。假設(shè)步進電機的轉(zhuǎn)速增加,其感抗也會增大。該狀態(tài)下流入電機線圈的電流就會減小,電機的輸出扭力達不到要求輸出,嚴(yán)重的情況下會造成電機失步或者電機只振動不轉(zhuǎn)。這就要求其驅(qū)動電路能夠提供穩(wěn)定的輸出電流,使步進電機具有穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動。一般設(shè)計中步進電機驅(qū)動都用采用三極管或者是用ULN2803IC等來驅(qū)動,這些驅(qū)動在實驗板或一些轉(zhuǎn)速不高、帶動負(fù)載小的應(yīng)用場所使用比較合適,在實際工作設(shè)計中遠遠達不到所需要求。針對這些問題,各大公司陸續(xù)推出了專用的步進電機驅(qū)動芯片,簡化其驅(qū)動設(shè)計。Allegro公司的SMA7029M多芯片模塊就是一款性能使用簡單控制優(yōu)良的步進電機控制模塊,該多芯片模塊能為步進電機提供穩(wěn)定的輸出電流,使電機能夠穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動。
2 步進電機工作原理
通常電機的轉(zhuǎn)子為永磁體,當(dāng)電流流過定子繞組時,定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度,使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖,電動機轉(zhuǎn)動一個角度前進一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序,電機就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機各相繞組的通電順序來控制步進電機的轉(zhuǎn)動。
步進電機是一種感應(yīng)電機,它的工作原理是利用電子電路,將直流電變成分時供電的,多相時序控制電流,用這種電流為步進電機供電,步進電機才能正常工作,驅(qū)動器就是為步進電機分時供電的,多相時序控制器
雖然步進電機已被廣泛地應(yīng)用,但步進電機并不能象普通的直流電機,交流電機在常規(guī)下使用。它必須由雙環(huán)形脈沖信號、功率驅(qū)動電路等組成控制系統(tǒng)方可使用。因此用好步進電機卻非易事,它涉及到機械、電機、電子及計算機等許多專業(yè)知識。
步進電機作為執(zhí)行元件,是機電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計算機技術(shù)的發(fā)展,步進電機的需求量與日俱增,在各個國民經(jīng)濟領(lǐng)域都有應(yīng)用。
3 步進電機驅(qū)動設(shè)計
SMA7029M是專為高效率、高性能的兩相單極步進電機設(shè)計的多芯片模塊,它采用功率FET技術(shù)和單片邏輯控制電路對完成步進電機的運動控制。同一系列的還有SLA7024M和SLA7026M,三個芯片模塊不同主要是在輸出額定電流(1.5 A或3.0 A)和包裝樣式上。
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