步进电机驱动器.docx

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步进电机驱动器

步进电机驱动器

一.驱动控制系统组成

1、脉冲信号的产生

   脉冲信号一般由单片机或CPU产生，一般脉冲信号的占空比为0.3-0.4左右，电机转速越高，占空比则越大。

2、信号分配

   以二、四相电机为例，二相电机工作方式有二相四拍和二相八拍二种，具体分配如下：

二相四拍为

步距角为1.8度；二相八拍为

步距角为0.9度。

四相电机工作方式也有二种，四相四拍为AB-BC-CD-DA-AB,步距角为1.8度；四相八拍为AB-B-BC-C-CD-D-AB,（步距角为0.9度）。

3、功率放大

   功率放大是驱动系统最为重要的部分。

步进电机在一定转速下的转矩取决于它的动态平均电流而非静态电流（而样本上的电流均为静态电流）。

平均电流越大电机力矩越大，要达到平均电流大这就需要驱动系统尽量克服电机的反电势。

因而不同的场合采取不同的的驱动方式，到止，驱动方式一般有以下几种：

恒压、恒压串电阻、高低压驱动、恒流、细分线等。

   为尽量提高电机的动态性能，将信号分配、功率放大组成步进电机的驱动电源。

如SH系列二相恒流斩波驱动电源与单片机及电机接线图如下：

  说明：

   CP     接CPU脉冲信号（负信号，低电平有效）

   OPTO    接CPU+5V

   FREE     脱机，与CPU地线相接，驱动电源不工作

   DIR      方向控制，与CPU地线相接，电机反转

   VCC     直流电源正端

    GND      直流电源负端   

     A       接电机引出线红线

      接电机引出线绿线         

    B       接电机引出线黄线

      接电机引出线蓝线

    步进电机一经定型，其性能取决于电机的驱动电源。

步进电机转速越高，力距越大则要求电机的电流越大，驱动电源的电压越高。

电压对力矩影响如下：

4、细分驱动器

   在步进电机步距角不能满足使用的条件下，可采用细分驱动器来驱动步进电机，细分驱动器的原理是通过改变相邻（A，B）电流的大小，以改变合成磁场的夹角来控制步进电机运转的。

   可以讲细分驱动器是将脉冲拍数进行细分或将旋转磁场进行数字化处理。

是将磁场进行细分，其控制精度取决于步进电机自身精度的高低。

不过也可根据不同厂家的步进电机进行修正，但这不是一般驱动器生产厂家所能做到的。

因此细分驱动器往往用在减少噪音和提高电机轴输出的平稳性上。

   细分驱动细分数是指将整步细分成多少个微步。

例如：

一只1.8度/0.9度的电机，采用10细分的驱动器后，此时步距角为1.8度/10=0.18度。

二.驱动器实例

[驱动器WD3-007    该驱动器主要驱动2Nm-12Nm三相混合式步进电机，输入电压220VAC，控制信号电压5VDC，与百格拉电机配套性能最佳。

1.WD3-007电气参数

输入电压

单相220V输入（-30%～+20%）；频率：

45～66Hz

输入电流

小于2.5安培

输出电压

3×325VAC

输出电流

0.66A～2.5A

功耗

功耗：

80W；内部保险：

6.3A

温度

工作温度小于50℃；存放温度-40℃～70℃

湿度

不能结露，不能有水珠

气体

禁止有可燃气体和大量导电灰尘

2. WD3-007的主要特点

*交流伺服工作原理，交流伺服运行特性，三相正弦电流驱动输出；

*只要环境温度不超过55℃，驱动器就可以正常工作；

*电路板采取三防处理，有过热、过压、欠压、过流保护及电机相间短路保护功能；

*驱动器的输入电源是110VAC或220VAC，变化范围是：

-30%～+20%；

*电机和驱动器间仅用3根线连接，同交流异步电机一样，减少连线出错的可能性；

*几乎无共振和爬行，输出相电流可设置，带有十细分和半流功能特性，噪声几乎与交流伺服电机一样；

*比同样尺寸的反应式步进电机所产生的功率大20%左右；

*电机的扭矩与它的转速有关，而与电机每转的步数无关；

*电机每转步数可依用户要求分别设定为500、1000、5000、10000步/转；

*由于驱动器采用了正弦电流驱动，使电机的空载启动频率高达4.3至5.3KHz；

*电机上下电时，输出轴位置不变，给工作带来很大方便。

3. 连线及参数设置

图1：

WD3-007面版图

（一）控制信号接口

1、控制信号定义

PULSE：

脉冲信号输入端，每一个脉冲的上升沿使电机转动一步。

DIR：

方向信号输入端，如“DIR”为低电平，电机按顺时针方向旋转；

“DIR”为高电平电机按逆时针方向旋转。

CW：

正转信号，每个脉冲使电机正向转动一步。

CCW：

反转信号，每个脉冲使电机反向转动一步。

RESET：

复位信号，如复位信号为低电平时,输入脉冲信号起作用，如果复位信号为

高电平时就禁止任何有效的脉冲，输入信号无效，电机无保持扭矩。

READDY:

输入报警信号：

READY是继电器开关，当驱动器正常工作时继电器闭

合，当驱动器工作异常时继电器断开。

继电器允许最高输入电压和电流是：

35VDC，10mA≤I≤200mA，电阻性负载。

如用该继电器，要把他串联到CNC

的某输入端。

当驱动器正常工作时继电器闭合，外部24VDC通过继电器输

入到CNC输入端，否则外部24VDC无法输入到CNC输入端。

注意：

PULSE+与CW+，PULSE-与CW-，DIR-与CCW-对应同一个接线口，按控制方式不同给出的两种定义名称。

下面为脉冲、方向信号时序图：

图2：

脉冲和方向信号时序图

2、控制信号连接

   上位机的控制信号可以高电平有效，也可以低电平有效。

当高有效时，把所有控制信号的负端连在一起作为信号地，低有效时，把所有控制信号的正端连在一起作为信号公共端。

注意：

公共端不能与大地（壳体）接到一起。

“PULSE.SYS”为控制方式选择开关（见图1），两种状态对应两种控制方式。

表1中列出了高有效和低有效时的接线方式

。

PULSE.SYS

控制方式

高电平有效接线

低电平有效接线

ON

正转和反转

PULSE+接正转信号

DIR+接反转信号

PULSE-与DIR-短接为信号地

PULSE-接正转信号

DIR-接反转信号

PULSE+与DIR+短接为公共端

OFF

脉冲和方向

PULSE+接脉冲信号

DIR+接方向信号

PULSE-与DIR-短接为信号地

PULSE-接脉冲信号

DIR-接方向信号

PULSE+与DIR+短接为公共端

表1WD3-007控制信号接线方式

3、控制信号要求

输入信号：

输入信号采用光藕输入，输入内阻是150欧姆，脉宽≥2.5μs

电压控制：

2.5V≤高电平≤5.25V之间，-5.25V≤低电平≤0.4V，Imax=30mA。

电流控制：

7mA≤高电流≤25mA，-25mA≤低电流≤0.2mA，Umax=5.25V。

（二）功能选择（用驱动器面板上的开关实现，开关位置见图1）

1、MOT.CURR：

设置输出相电流

为了驱动不同扭矩的步进电机，可用旋转拨段开关来设置驱动器的输出电流（有效值），各开关位置对应的输出电流有效值如表2。

位置

2

3

4

5

6

7

8

9

A

B

C

D

E

F

电流

0.9

1.0

1.1

1.3

1.4

1.5

1.6

1.8

1.9

2.0

2.1

2.3

2.4

2.5

表2设置输出相电流

 2、STEP1、STEP2：

设置电机每转步数

   驱动器WD3-007可将电机的步数分别设置为500、1000、5000、10000步。

用户可以通过驱动器正面板上的两个拨码开关STEP1、STEP2设置电机的步数（如表3）：

STEP1状态

OFF

ON

OFF

ON

STEP2状态

OFF

OFF

ON

ON

步数/转

500

1000

5000

10000

3、CURR.RED：

设定半流功能 

半流功能是指电机带电静止100ms后，驱动器输出电流降为额定输出电流的60%，用来防止电机发热。

当拨码开关CURR.RED设置为“OFF”时，有半流功能；当设置成“ON”时，无半流功能。

 4、PULE.SYS：

控制方式选择

          拨码开关（PULSE.SYS）可设置成两种控制方式：

当设置成“OFF”时，为“脉冲和方向”控制方式；

当设置成“ON”时，为“正转和反转”控制方式。

 （三）功率接口

 1、U、V、W、PE：

驱动器和电机间连接 

电机相间电压是3×325VAC，电机电缆最长为50米，电缆横截面不小于1.5平方毫米，电缆的屏蔽层一定要与电机的壳体和驱动器壳体连接，驱动器地和电机地与它们各自的壳体是相连的，连接驱动器和电机间的动力线和所有地线均靠螺钉来固定，这些线的两端要用金属套管套好，然后用螺钉固定，要改变电机的转动方向可以通过互换电机的两相接线来实现。

下图分别是三根和六根输出线电机的接线图：

图3：

驱动器和电机间的连线图

 2、L、N、PE：

驱动器电源 

电源电压是220VAC输入时，最大电流是3A。

电源线横截面≥1.5平方毫米，尽量短。

驱动器的L端和N端接供电电源，同时要串接一个6.3A保险丝。

四安装 

驱动器在开关柜中为壁挂式安装，下图是驱动器的外型尺寸，正常工作时其周围要有20mm的空间，不能放在其它发热的设备旁，要避免粉尘、油雾、腐蚀性气体，湿度太大及强振动场所。

图4WD3-007驱动器地脚安装图

 五故障诊断 

1、状态灯指示 

RDY：

绿灯亮，工作正常时亮。

FLT：

红灯亮，电机相间短路时，过压时（大于410V）和欠压时（小于200V）亮。

TEMP：

红灯亮，驱动器超温时亮（散热片温度大于75℃）。

 2、故障及排除 

故障

原因

解决措施

LED不亮

电源接错

检查电源连线

电源电压低

提高电源电压

电机不转，且无保持扭矩

电机连线不对

改正电机连线

RESET输入信号起作用

使RESET输入不起作用

电机不转，但有保持扭矩

无脉冲信号输入

调整脉冲宽度及信号的电平

电机转动方向错误

动力线相序接错

互换任意两相连线

方向信号输入不对

改变方向设定

电机扭矩太小

相电流设置过小

正确设置相电流

加速度太快

减小加速度值

电机堵转

排除机械故障

驱动器与电机不匹配

换合适的驱动器