專利名稱:節(jié)能式步進電機驅(qū)動線路的制作方法
一種步進電機的驅(qū)動線路，可用于各種類型步進電動機的驅(qū)動。
目前步進電機采用的驅(qū)動線路，如圖1所示，以三相步進電動機為例。圖中〔1〕為環(huán)形分配器，LA，LB，LC為步進電機的繞組線圈，RA，RB，RC為限流電阻，BG1，BG2，BG3為功率晶體管。
從附圖-1中可見，步進電動機的繞組線圈中都串接有電阻RA，RB，RC。這類電機的相電壓大多為30V或24V，步進電機工作時，大部分電能在繞組線圈回路中的電阻上轉(zhuǎn)化成熱能而損耗掉。繞組線圈上的電壓降較小，限流電阻上的電壓降很大，因此，步進電機驅(qū)動電源的60～80%的電能在限流電阻RA，RB，RC上損耗掉，浪費了大量電能。另一方面，目前三相步進電動機繞組電流的相位如附圖-2中a所示，各相差120°，步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩如圖-2中b所示，Mm＝MA＝MB＝MC。
本發(fā)明提供出一種新型的節(jié)能式步進電機驅(qū)動線路，比原有驅(qū)動線路消耗的電源功率少四分之一左右，即電能消耗只有原來電源的60～80%，而三相步進電機最大靜轉(zhuǎn)矩可提高到原有電源的170%～200%。這一驅(qū)動線路可用于各類步進電機的驅(qū)動，大大節(jié)省了電能，減少了步進電機驅(qū)動電源的體積和重量。
本發(fā)明的步進電機驅(qū)動線路由若干個三端可調(diào)穩(wěn)壓塊和加速電容，電子開關(guān)，以及一個環(huán)形時序分配器組成。本發(fā)明的特征在于
1、取消了步進電機繞組線圈回路中的電阻，使步進電機的相電壓由30～24V減少到7V左右，取消了作為開關(guān)元件的功率晶體管，而以三端可調(diào)穩(wěn)壓塊代替。
2、采用加速電容，使頻率響應(yīng)快，在相電壓降低到7V時保證步進電機的響應(yīng)頻率不下降。
3、對于三相步進電機，通過環(huán)形時序分配器，使三相步進電機繞組線圈內(nèi)的相電流輪流反向?qū)?，使合成后的最大電流Im由IA增大到3]]>IA，因而使步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩Mm由MA增加到3]]>MA左右，提高靜轉(zhuǎn)矩的基本原理是改變步進電機繞組線圈電流的相位，在不增加線圈電流的情況下使合成電流值增大，從而使靜轉(zhuǎn)矩增加。圖-2是其原理圖?，F(xiàn)有驅(qū)動電源的最大合成電流Im為IC和IA的合成，由于相位相差120°，所以Im＝IA＝IC，靜轉(zhuǎn)矩Mm＝MA＝MC。如果使IC反向?qū)?，則兩組線圈電流的相位角相差60°，合成后的最大電流Im＝3]]>IA＝3]]>IC，使靜轉(zhuǎn)矩Mm＝3]]>MA＝3]]>MC，即為原來的170%，如果同時使IB也導通，則IA，In和反向的IC三相電流的合成Im＝2IA＝2IB＝2IC，靜轉(zhuǎn)矩Mm＝2MA，即為原來的200%。這一原理同樣可用于四相步進電機等，使繞組的合成電流增大，從而增大了步進電機的靜轉(zhuǎn)矩。
附圖-3為本發(fā)明的實施線路圖。圖中包括環(huán)形時序分配器〔1〕;〔2〕、〔3〕、〔4〕、〔5〕、〔6〕和〔7〕為三端可調(diào)穩(wěn)壓塊;〔8〕〔9〕、〔10〕、〔11〕、〔12〕和〔13〕為電子開關(guān);LA、LB和LC為步進電動機的繞組線圈;C1、C2、C3、C4、C5和C6為加速電容。
附圖-3和附圖-1相比較，可以清楚地看到，附圖-3中已不存在大功率的限流電阻RA、RB和RC，也沒有功率晶體管BG1、BG2、和BG3，相電壓只有7V(因為+7V和-7V之間不構(gòu)成回路)節(jié)能式步進電機驅(qū)動線路的工作原理是三端可調(diào)穩(wěn)壓塊的導通與否由環(huán)形時序分配器通過電子開關(guān)進行控制，三相步進電機各相線圈繞組電流導通順序的波形圖如附圖-4所示。加速電容的作用是在三端可調(diào)穩(wěn)壓塊導通的瞬時繞組線圈迅速提供電流，從而提高步進電機的響應(yīng)頻率，使其不因相電壓降低而減少。
附圖-3是三相步進電機的節(jié)能式驅(qū)動線路，對于四相或五相的步進電機，每相繞組不需兩個三端可調(diào)穩(wěn)壓塊，而只需一個就可，相電壓也不需正、負兩套回路，而只需一套即可，因為對四相和五相的步進電動機，繞組線圈的電流已沒有必要反向了。
由于三相步進電機繞組線圈內(nèi)的電流輪流反向?qū)?，使步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩Mm由MA增加到3]]>MA、即增大到原有的170%左右，其矢量圖如附圖-2中b所示。如果采用三相繞組同時通電，則可使最大靜轉(zhuǎn)矩Mm由MA增大到2MA。
本發(fā)明使步進電機的電能消耗減少到原來的25%左右，而且可以使驅(qū)動電源的重量和體積減少到原來的15～20%，因為驅(qū)動電源的變壓器功率可減少 3/4 左右，同時取消了大功率的限流電阻。對于三相步進電機，還可以使其最大靜轉(zhuǎn)矩增大到原有的170%左右。本發(fā)明可適用于各類步進電動機。
本發(fā)明的應(yīng)用實例如下
用于電火花機床步進電機伺服進給系統(tǒng)，步進電機的型號為BF184075，額定相電壓為24V，新的驅(qū)動線路取消了限流電阻，用三端可調(diào)穩(wěn)壓塊取代功率晶體管，相電壓只用7V，驅(qū)動電源的變壓器由200瓦減少到50瓦，重量由原來的12公斤減少到3公斤，電源箱體積由原來的20000Cm3(40×25×20Cm3)減少到3600Cm2(20×20×9Cm3)。
權(quán)利要求
1.一種節(jié)能式步進電機驅(qū)動線路，包括環(huán)形時序分配器，電容，三端可調(diào)穩(wěn)壓塊，電子開關(guān)等部件，其特征在于利用環(huán)形時序分配器的控制作用，使得三相步進電機繞組線圈內(nèi)的相電流輪流反向?qū)ǎ⒂秒娮娱_關(guān)和三端可調(diào)穩(wěn)壓塊取代作為開關(guān)元件的功率晶體管和線圈回路中的限流電阻。
2.如權(quán)利要求
1所述步進電機驅(qū)動線路，其特征在于所述三端可調(diào)穩(wěn)壓塊的控制端與環(huán)形時序分配器的輸出端之間接一個電容器。
專利摘要
節(jié)能式步進電機驅(qū)動線路，用電子開關(guān)和三端可調(diào)穩(wěn)壓塊取代了作為開關(guān)元件的功率晶體管和步進電機繞組線圈回路中的限流電阻，使步進電機的額定相電壓由30V～24V降低到7V，節(jié)省了原來消耗在限流電阻上的電能。驅(qū)動線路還利用環(huán)形時序分配器的控制作用，使三相步進電機的繞組線圈內(nèi)的相電流輪流反向?qū)ㄒ蕴岣吆铣珊蟮淖畲箪o轉(zhuǎn)矩。
文檔編號H02P8/00GK87104760SQ87104760
公開日1988年3月30日 申請日期1987年7月6日
發(fā)明者陸紀培, 陳國祥 申請人:哈爾濱工業(yè)大學導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan