專利名稱：步進(jìn)電機(jī)恒流驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源，特別是，數(shù)控線切割機(jī)床的三相四線步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，數(shù)控線切割機(jī)床廣泛使用步進(jìn)電機(jī)，特別是三相四線步進(jìn)電機(jī)作為受控驅(qū)動(dòng)動(dòng)力，其驅(qū)動(dòng)器電路中采用限流電阻，當(dāng)其供電電壓為24V，相電流為2--3A時(shí)，每相工作時(shí)約有48W--70W的功率消耗在此限流電阻上，存在電能的浪費(fèi)。其次，來自控制器的信號(hào)其脈沖周期變化很大，為了提高控制精度，保證步進(jìn)電機(jī)不丟步，驅(qū)動(dòng)器電路要提供足夠大的功率余量及限制運(yùn)行頻率在較低水平，從而使電機(jī)轉(zhuǎn)矩很小。再者，在現(xiàn)有技術(shù)的恒流斬波電路中，步進(jìn)電機(jī)各相繞組不能接成具有公共端，這樣給線切割機(jī)床驅(qū)動(dòng)電源的改裝和更新必須牽涉到電機(jī)全部繞組接頭，從而帶來不便，不適合使用三相四線制步進(jìn)電機(jī)。
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種步進(jìn)電機(jī)恒流驅(qū)動(dòng)器，其驅(qū)動(dòng)電路克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不適合于三相四線制步進(jìn)電機(jī)、有較大電能浪費(fèi)、運(yùn)行頻率限制在較低水平、轉(zhuǎn)矩小等缺點(diǎn)，各相由獨(dú)立的斬波驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)，由獨(dú)立的電源供電，其控制器輸出脈沖周期依輸入脈沖的周期作漸長或漸短變化。

發(fā)明內(nèi)容
為達(dá)到以上目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種步進(jìn)電機(jī)恒流驅(qū)動(dòng)器，包括斬波驅(qū)動(dòng)電路和供電電源；所述斬波驅(qū)動(dòng)電路給步進(jìn)電機(jī)相繞組提供恒流斬波電流，包括功放電路及電流檢測和控制電路；其特征是具有多個(gè)相同的所述斬波驅(qū)動(dòng)電路，其個(gè)數(shù)和步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)一致，各驅(qū)動(dòng)電路由同樣個(gè)數(shù)互相獨(dú)立的電源供電，步進(jìn)電機(jī)每個(gè)相繞組接入一個(gè)所述驅(qū)動(dòng)電路的功放電路中，步進(jìn)電機(jī)各繞組另一端頭互相連接在一起。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面的一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括驅(qū)動(dòng)電路和供電電源，其特征是包括控制器CPU，其信號(hào)輸入端與脈沖信號(hào)源連接，輸出端與驅(qū)動(dòng)電路連接；所述控制器包括計(jì)數(shù)器、定時(shí)器，所述計(jì)數(shù)器對(duì)相應(yīng)于正反轉(zhuǎn)向的輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；所述定時(shí)器在CPU內(nèi)部，其提供多種時(shí)間常數(shù)，在定時(shí)器的中斷服務(wù)工作中CPU根據(jù)上述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)逐級(jí)增、減延時(shí)時(shí)間常數(shù)，調(diào)節(jié)脈沖輸出。
本發(fā)明的效果是恒流斬波驅(qū)動(dòng)三相四線步進(jìn)電機(jī)，使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，驅(qū)動(dòng)力矩大，保證步進(jìn)電機(jī)不丟步，提高電源利用率，提高控制速度。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的電路圖。
圖2是本發(fā)明實(shí)施例中控制器的主控工作流程圖。
圖3是本發(fā)明實(shí)施例中控制器的中斷、服務(wù)工作流程圖。
具體實(shí)施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細(xì)描述實(shí)施例。
圖1是本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器實(shí)施例具體電路圖。在本例中驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)三相四線反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)電路包括三個(gè)獨(dú)立的相同的等電壓源UA、UB、UC，給相互獨(dú)立的三個(gè)恒流斬波驅(qū)動(dòng)電路供電。該三組電源不設(shè)公共接點(diǎn)，輸出約24V。LA、LB、LC是步進(jìn)電機(jī)的三組相繞組，由于斬波電路互相獨(dú)立，沒有電的連接點(diǎn)，所以步進(jìn)電機(jī)可以有公共接點(diǎn)0，適用于三相四線制步進(jìn)電機(jī)。
下面以控制步進(jìn)電機(jī)A相繞組LA為例說明斬波驅(qū)動(dòng)電路的工作斬波驅(qū)動(dòng)電路包括功放電路、控制電路的電流檢測和控制電路，功放電路由第二開關(guān)管QA2、步進(jìn)電機(jī)一相繞組LA、第一開關(guān)管QA1和電流取樣電阻RA1串聯(lián)連接組成，不設(shè)限流電阻。而電流檢測和控制電路包括由運(yùn)算放大器ICA2和RA9組成的史密特電路作電壓比較，及作電流檢測和輸出控制信號(hào)，ICA1是與門電路，QA3為第二開關(guān)管的前置級(jí)。具體的工作過程如下第一開關(guān)管QA1可用達(dá)林頓管或VMOS管，第二開關(guān)管QA2為PNP的達(dá)林頓管，DA2為續(xù)流二極管，DA1在QA1關(guān)閉時(shí)將線圈釋放的電能向電源放電回收，RA1為電流取樣電阻，RAW為電流設(shè)定電位器，ICA2和電阻RA9構(gòu)成史密特電路。當(dāng)光電耦合管OA1無信號(hào)時(shí)，其接收管為開路狀態(tài)，開關(guān)管QA1沒有正向偏置而關(guān)閉，與門集成塊ICA1的P2腳為低電平，P3腳輸出為低電平，QA3工作在截止區(qū)，QA2也工作在截止區(qū)。因此線圈LA中沒有電流。當(dāng)OA1有輸入時(shí)，其接收管為導(dǎo)通狀態(tài)，ICA1的P2腳為高電平，開關(guān)管QA1得到正向偏置電流，QA1導(dǎo)通。QA1剛導(dǎo)通時(shí)，取樣電阻RA1電壓為0V，運(yùn)算放大器ICA2集成P3腳已接有設(shè)定電壓，P3腳高于P2腳電平，P1腳輸出高電平，即ICA1的P1腳為高，P2腳已為高，因而P3腳輸出高電平，QA3得到正偏置而導(dǎo)通，QA2也導(dǎo)通，LA線圈電流上升，RA1上電流上升，同時(shí)，集成ICA2的P2腳電位上升，當(dāng)P2腳電位高于P3腳時(shí)，史密特電路翻轉(zhuǎn)，P1腳輸出低電平，與門ICA1集成塊的P3腳輸出低電平，QA3截止，QA2也截止，截止后，電機(jī)線圈LA中已具有的磁能量通過DA2、LA和QA1繼續(xù)放電而續(xù)流，電流開始下降，取樣電位下降，即ICA2集成塊P2腳電位下降，當(dāng)?shù)陀赑3腳電位時(shí)，史密特電路翻轉(zhuǎn)，QA2導(dǎo)通，電源又向LA供電，周而復(fù)始，就這樣完成恒流斬波驅(qū)動(dòng)的過程。當(dāng)OA1無輸入信號(hào)時(shí)，QA1、QA2關(guān)閉，線圈中的磁能量通過DA2和DA1向電源放電回收。LA繞組驅(qū)動(dòng)電路具有獨(dú)立電源，輸入信號(hào)隔離，因而和LB繞阻驅(qū)動(dòng)電路和LC繞阻驅(qū)動(dòng)電路沒有公共接點(diǎn)，相互隔離，因此三電路取各繞組的一端作為公共接點(diǎn)端，對(duì)整個(gè)電路的工作毫不影響。
現(xiàn)在描述控制器的工作。
脈沖源的三相信號(hào)A、B、C輸入CPU，該信號(hào)其脈沖周期是多變的，在CPU內(nèi)設(shè)帶符號(hào)計(jì)數(shù)器D將此脈沖給以計(jì)數(shù)，并在CPU開通定時(shí)器，定時(shí)器設(shè)多檔延時(shí)時(shí)間常數(shù)，延時(shí)時(shí)間由長到短，本例中設(shè)16檔，時(shí)間常數(shù)指針取0-15，延時(shí)時(shí)間常數(shù)取0.02S-0.7MS之間。主程序中斷期間根據(jù)計(jì)數(shù)器D的值選定延時(shí)時(shí)間常數(shù)，輸出三相六拍的脈沖，同時(shí)計(jì)數(shù)器D反計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器D絕對(duì)值等于指針值，指針不變，選定的時(shí)間常數(shù)不變。當(dāng)指針值大于計(jì)數(shù)器D的計(jì)數(shù)絕對(duì)值，將指針值減1，增大時(shí)間常數(shù)減緩輸出速率，反之，當(dāng)指針值小于計(jì)數(shù)絕對(duì)值時(shí)，將指針值加1，減小時(shí)間常數(shù)加快輸出。這樣，步進(jìn)電機(jī)以工作頻率為50-1428HZ，隨輸入脈沖的快慢而逐級(jí)漸加速或漸減速轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，不丟步。
控制器的工作流程見圖2、3。圖2表示CPU主程序控制流程，圖3表示其定時(shí)器中斷、服務(wù)程序流程。
參見圖2，CPU判斷是否存在A、B、C信號(hào)(S1)，是否存在轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)(S2)，判斷其正、反轉(zhuǎn)(S3)，當(dāng)正轉(zhuǎn)時(shí)，每輸入一個(gè)脈沖，計(jì)數(shù)器加1，并啟動(dòng)定時(shí)器，及跳轉(zhuǎn)到執(zhí)行S1程序。反轉(zhuǎn)時(shí)，計(jì)數(shù)器減1并啟動(dòng)定時(shí)器，及跳轉(zhuǎn)到執(zhí)行S1程序。
中斷、服務(wù)程序是CPU定時(shí)器到時(shí)，中斷主程序，運(yùn)行中斷、服務(wù)程序，其工作過程流程圖見圖3。首先CPU判斷計(jì)數(shù)器D的計(jì)數(shù)值為零時(shí)(S10)，表示沒有輸入脈沖，程序返回主程序。否則，比較延時(shí)設(shè)置的指針和計(jì)數(shù)值的絕對(duì)值(S20)，存在三種情況，相等時(shí)，指針不變，指針值小時(shí)，應(yīng)加快輸出，指針加1(S201)，指針值大時(shí)，則相反，指針減1，以減慢輸出速率(S202)。隨后按指針值選定延時(shí)時(shí)間常數(shù)(S30)，CPU判斷計(jì)數(shù)值的正、負(fù)，即判斷轉(zhuǎn)向正、反(S40)，當(dāng)計(jì)數(shù)值為正時(shí)輸出一個(gè)正向旋轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)，將計(jì)數(shù)器D的計(jì)數(shù)值減1(S41)，然后返回主程序。當(dāng)判斷轉(zhuǎn)向?yàn)樨?fù)時(shí)，輸出一個(gè)反的旋轉(zhuǎn)脈沖信號(hào)后，在其負(fù)計(jì)數(shù)上加1(S42)，然后返回主程序。
經(jīng)過以上過程后輸出脈沖隨時(shí)以適宜的速率跟蹤輸入信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)以逐級(jí)漸加速或漸減速地穩(wěn)定工作，保證加工精度。
按鈕K1、K2的動(dòng)作，通過CPU檢測，在無A、B、C脈沖輸入時(shí)有效，此時(shí)輸出漸加速轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)，例如從500HZ至10000HZ順或逆(正或反)三相六拍信號(hào)，供步進(jìn)電機(jī)快轉(zhuǎn)，快速移動(dòng)工作臺(tái)面。
權(quán)利要求
1.一種步進(jìn)電機(jī)恒流驅(qū)動(dòng)器，包括斬波驅(qū)動(dòng)電路和供電電源；所述斬波驅(qū)動(dòng)電路給步進(jìn)電機(jī)相繞組提供恒流斬波電流，包括功放電路及電流檢測和控制電路；其特征是具有多個(gè)相同的所述斬波驅(qū)動(dòng)電路，其個(gè)數(shù)和步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)一致，各驅(qū)動(dòng)電路由同樣個(gè)數(shù)互相獨(dú)立的電源供電，步進(jìn)電機(jī)每個(gè)相繞組接入一個(gè)所述驅(qū)動(dòng)電路的功放電路中，步進(jìn)電機(jī)各繞組另一端頭互相連接在一起。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征是所述步進(jìn)電機(jī)是三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，引出線為三相四線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征是所述斬波驅(qū)動(dòng)電路中的功放電路由第一(QA1)和第二(QA2)開關(guān)管，取樣電阻(RA1)和一相繞組(LA)串聯(lián)組成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征是所述斬波驅(qū)動(dòng)電路有電流檢測和控制電路，包括由運(yùn)算放大器構(gòu)成的史密特電路作電壓比較器、及與門電路，所述電壓比較器的兩輸入端分別輸入表示繞組電流的取樣電壓和表示設(shè)定電流值的預(yù)設(shè)定電壓。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征是所述斬波驅(qū)動(dòng)電路有電流檢測和控制電路，包括由運(yùn)算放大器構(gòu)成的史密特電路作電壓比較器、及與門電路，所述電壓比較器的兩輸入端分別輸入表示繞組電流的取樣電壓和表示設(shè)定電流值的預(yù)設(shè)定電壓。
6.一種步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，包括驅(qū)動(dòng)電路和供電電源，其特征是包括控制器CPU，其信號(hào)輸入端與脈沖信號(hào)源連接，輸出端與驅(qū)動(dòng)電路連接；所述控制器包括計(jì)數(shù)器、定時(shí)器，所述計(jì)數(shù)器對(duì)相應(yīng)于正反轉(zhuǎn)向的輸入脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)；所述定時(shí)器在CPU內(nèi)部，其提供多種時(shí)間常數(shù)，在定時(shí)器的中斷服務(wù)工作中CPU根據(jù)上述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)逐級(jí)增、減延時(shí)時(shí)間常數(shù)，調(diào)節(jié)脈沖輸出。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的驅(qū)動(dòng)器，其特征是所述多種時(shí)間常數(shù)由長到短排列，并給予相應(yīng)的指針值，所述計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值對(duì)應(yīng)于輸入和輸出的脈沖差，CPU比較所述指針值對(duì)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值的大或小，選擇減或增所述指針值。
全文摘要
一種步進(jìn)電機(jī)恒流驅(qū)動(dòng)器，包括斬波驅(qū)動(dòng)電路和控制器，有和電機(jī)相數(shù)一致的多個(gè)相同的獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)電路，由獨(dú)立的電源供電，并各和一個(gè)相繞組聯(lián)接，各相繞組的一個(gè)端頭互相連接在一起，斬波電路不設(shè)限流電阻。所述控制器使用延時(shí)電路調(diào)節(jié)輸出脈沖的速率，以逐級(jí)漸加速或漸減速地適應(yīng)輸入脈沖的速率而輸出脈沖。本發(fā)明驅(qū)動(dòng)器無需在限流電阻上的耗能，各斬波驅(qū)動(dòng)電路互相獨(dú)立，適合用于相繞組有公共點(diǎn)的多相步進(jìn)電機(jī)，方便驅(qū)動(dòng)電路的改變和更新，使步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)平滑，驅(qū)動(dòng)力矩大，保證步進(jìn)電機(jī)不丟步，提高電源利用率，提高控制速度。
文檔編號(hào)H02P8/12GK1484373SQ03124398
公開日2004年3月24日 申請(qǐng)日期2003年5月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月7日
發(fā)明者何偉斌 申請(qǐng)人:何偉斌