步进驱动器:L / R驱动器和斩波器驱动器有什么区

文章来源:锐特步进电机 时间:2019-11-01 14:49:59 浏览:

  步进驱动器有两种基本类型:L / R驱动器和斩波器驱动器。

  L / R步进驱动器也称为“恒定电压”驱动器,因为它们向电动机绕组提供恒定电压。绕组中产生的电流取决于电机的 时间常数,这是其电感和电阻(L / R)之间的关系。时间常数使电流随每个电压脉冲缓慢增加。因此,对于非常高的脉冲频率(即高电机速度),可能无法达到全电流,从而无法达到全额定转矩。这将L / R驱动器的使用限制为主要用于低速应用。

  典型的具有15度步距角的单极性L / R驱动器的转矩与脉冲速率的关系。

  图片来源:AMETEK Inc.

  可以通过使用较高的电源电压来增加绕组中的电流,但是电动机温度升高成为一个问题。当施加的电压较高时,“关闭”时间(不加电时)必须足够长,以防止电动机过热。另一个选择是串联添加电阻以改善时间常数(例如,L / 2R或L / 4R)并增加电压。但是电阻器会通过发热而浪费功率,因此会降低效率。

  根据欧姆定律,电阻(R)影响绕组中的最大电流,I = V / R。

  根据关系式dI / dt = V / L,电感(L)影响绕组中电流的变化率。

  由于L / R步进驱动器的扭矩和速度限制,现在越来越多的步进电机应用使用斩波器驱动器。这些驱动器也被称为“恒定电流”驱动器,因为它们通过“斩波”输出电压(即非常快速地打开和关闭输出电压)向电动机绕组提供恒定电流。

  在每个电动机步进中,都会向电动机绕组提供非常高的电压(通常是电动机标称电压的八倍)。根据电感的关系(dI / dt = V / L),此高电压提供了非常短的电流上升时间,并且根据欧姆定律(I = V / R)会产生更高的电流。

  典型的双极斩波器驱动器的转矩与脉冲速率的关系为15度步进角。

  图片来源:AMETEK Inc.

  电压斩波还可以调制输出脉冲的宽度(脉冲宽度调制),并且通常以20 kHz或更高的频率进行-高于可听范围。绕组中的阻抗随电动机速度而变化,因此它在确定电压导通时间方面发挥着作用。

  在低速电动机且阻抗低的情况下,斩波器驱动器可缩短电压导通时间,从而产生较小的脉冲宽度。替代地,在高速和高绕组阻抗下,斩波器驱动器为电压提供了较长的导通时间,从而产生了较大的脉冲宽度,并留出了足够的时间使电流充分上升以产生额定转矩。

  (斩波器)驱动器中电压和电流之间的关系。

  图片来源:美国东方马达公司

  与每个绕组串联放置的电流感应电阻可调节电流,并确保在最短时间内建立和下降电流。随着电流的增加,电阻两端将产生电压。该电压由一个监视比较器,并且在一个预定的基准电压,直到下一个脉冲出现时从驱动器的输出电压被关断(切碎)。这使得当前的构建和下降的电压被开启和关闭。

  通过斩波控制驱动器的占空比,平均电压和电流保持等于电动机的额定电压和电流额定值。结果是精确的转矩控制,更重要的是,在高电机转速下产生了更高的转矩。

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