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伺服电机及其调速
一、交流伺服电机及其调速分类和特点长期以来,在要求调速性能较高的场合,一直占据主导地位的是应用直流电动机的调速系统。但直流电动机都存在一些固有的缺点,如电刷和换向器易磨损,需经常维护。换向器换向时会产生火花,使电动机的最冲进行功率放大。这是由步进电机的驱动电路实现的,驱动电路主要包括环行分配器和功率放大器组成1(环行分配器 环行分配器就是实现将指令脉冲按通电状态相序的要求进行分配的功能的。 硬环行分配器:由专用集成芯片或通用可编程逻辑器件组成。如:CH250三相步进电机环配芯片。 软环行分配器:由软件实现环行分配器的功能。 由查表法设计软环行分配器:实现三相步进电机三相六拍的环行分配。 步进电机的A、B、C相的通断分别由计算机的PIO(并行输入/输出接口)的A口的PA0、PA1、PA2的状态控制，即:PA0为0时A相断电，PA0为1时A相通电;PA1为0时B相断电，PA1为1时B相通电;PA2为0时C相断电，PA2为1时C相通电。这样，根据三相六拍的通电状态规律，可设计出环行分配器的输出状态表:
节拍序C B A 存储单元 方向
号 PA2 PA1 PA0 地址 内容 反转 正转 0 O O 1 2A00H 01H
1 0 1 1 2A01H 03H
2 0 1 0 2A02H 02H
3 1 1 0 2A03H 06H
4 1 0 0 2A04H 04H
5 1 0 1 2A05H 05H
当有一个指令脉冲时，就根据当前的通电状态序号，电机转向的要求，从表中找出相应单元地址，并取出地址的内容，从PIO的A口输出。如:正转，当前序号为2，则，序号+1=3，找出的对应单元地址为2A03H，从该地址取出其内容06H输出到PIO的A口，这时A口低三位的状态从010变为110，即控制通电状态从B-BC。为了实现通电相序的循环，当当前序号为5(表底)时，修改为表首序号。2(功率放大器 由于环行分配器输出的脉冲功率很小，因此，需要功率放大器进行放大，以驱动步进电机。 常用的电路有以下两种。(1)单电压供电放大器图4-6:a:是一种单电压供电线路。电路由二级射极跟随器和一级功率反向器组成,第一级射极跟随器起隔离作用。第二级射极跟随器T2处于放大区,以改善功放器的动态特性。当环行分配器某相输出为高电平是,该相放大器的功率管T3饱和导通,60伏的直流电源给该相的绕组LA供电,绕组中的电流按指数规律上升到稳态值。当环行分配器输出为低电平时,因T1和T2处于小电流放大状态,T3不导通,绕组断电。当T3由导通变为截止时,绕组电感将在绕组两端产生很大
的感应电势,若和电源电压一起加在T3上,将造成过压击穿。因此,在绕组上并联续流二极管D2,在T3的集电极和射电极之间并联RC吸收回路,以T不被破坏。在绕组上串联电阻R0,用以限流和减小供电回路的时间常数。,并联电容C0以提高绕组的瞬时电压,使绕组中的电流上升速度提高,从而提高步进电机的启动频率。但,串入R后,功耗增大,为保持稳态电流,电源电压相应增大,对功率管的耐压要求更高。为克服上述缺点,出现了双电压供电电路。:2:双电压供电放大器图3-4:b:。当环行分配器送来的脉冲使T1管导通的同时,触发但稳态触发器D,在D输出的窄脉冲宽度年、时间内使T2导通,60伏高压给绕组供电,由于D承受反压,切断了12伏低压电源。在高压供电下,绕组的电流迅速上升,前沿很陡。当超过D输出的脉冲宽度时,T管截止,这时,D1导通,由12伏低压供电,以维持所需电流。当T1管断电时,绕组的自感电势使续流二极管D导通,电流继续流过绕组。续流回路串接电阻可以减少时间常数和加快续流过程。采用以上措施大大提高了电机的工作频率。特点:开始高电压供电,使绕组中的冲击电流上升,前沿很陡。利于提高启动频率和最高连续工作频率。后低电压供电以维持额定稳态电流值,只需很小的限流电阻,因而功耗低。当工作频率高,其周期小于单稳D的延迟周期时,变成纯高压供电,可获得较大的高频电流,具有较好的矩频特性。(三)步进电机的使用特性1(步距误差单相通电时,步距误差取决于定子和转子的分齿精度、各相定子的错位角度的精度/多相通电时,还与各相电流的大小、磁路性能等因数有关。2(最高启动频率和最高工作频率最高启动频率:空载时,步进电机由静止突然启动,并不失步地进入稳速运行,所允许的启动频率。最高启动频率与步进电机的惯性J有关,J增大则最高启动频率下降。最高工作频率:步进电机连续运行时所能接受的最高频率。
它与步距角一起决定执行部件的最大运动速度。与负载惯量有关,也与定子相数、通电方式、控制电路的功放级等因数有关。3(输出的转矩---频率特性由于绕组本身是感性负载,输入频率越高,励磁电流就越小。频率高,磁通量变化加剧