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步進電機是將電脈沖信號轉變為角位移或線位移的開環控制元件。在非超載的情況下,電機的轉速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數,而不受負載變化的影響,即給電機加一個脈沖信號,電機則轉過一個步距角。
四相步進電機可用幾種專用的集成電路驅動器,SAAl027是其中常用的一種,它的特點是工作電壓范圍寬9.5V~18V;輸出驅動電流大,可達500mA。它適合作四相全步步進電機的控制。圖4是SAAl027的外形和引腳功能圖。圖5(下面↓)是它的內部原理方塊圖及基本應用。
實際上,集成電路有三路緩沖輸入,每一個緩沖輸入都控制一個二位(四狀態)的同步可逆計數器。它的輸出送到一個編碼變換器。然后用四路輸出,去控制輸出級的四個晶體管。輸出級以集電極開路方式工作。電機的繞組線圈串入集電極。為防止反向電動勢損壞晶體管,在繞組的兩端并聯一反向二極管。 要特別注意的是:集成電路13腳和12腳是流過大電流的引腳。而14腳和5腳流過小電流。在使用時5腳和12腳都要接地。通常正12V直接接到13腳,然后經R1—C1去耦電路接到14腳。正電壓也必須經Rx送到4腳。Rx的作用是決定四個晶體管的最大輸出驅動電流的容量。Rx的大小可由下式計算; Rx=(4E/I)-6 式中E為電源電壓,I為所希望的電機最大相電流。當用12V時,Rx值取420Ω、180Ω或78Ω)時,最大輸出電流分別為100mA、200mA、或350mA。 SAA1027集成電路有三個輸入控制端:計數、方式和復位。復位端通常是高電平。計數器每次從低電平到高電平的跳變,將使集成電路改變狀態。全部的工作狀態已由表3列出。
在任何時候,每隔四步時序重復一次。但是復位端為低電平時,可以復位到起始狀態。 當方式控制輸入端為低電平時,在一個方向上(通常為順時針轉動)順序重復。反之,方式控制端為高電平時,則在另一個方向上(反時針轉動)順序重復。 圖6是SAAl027的驅動和試驗電路。
這個電路用于混和型四相步進電機,額定電流可達300mA。電機可用SW3進行手工的單步試驗,或者用SW2經555/7555無穩振蕩器進行自動步進的試驗。SW4可控制電機的方向。SW5用于復位控制試驗。 用SW1和RV1電位器,可使無穩電路的工作速度能在很寬的范圍內變化。置位1檔時為低速控制,頻率范圍從5Hz—68Hz。SW2在2當和3檔時,振蕩頻率分別為第1檔的10倍和100倍。總的速度控制范圍從6—8500轉/分。 圖6是一種基本電路。根據不同的使用場合,還有幾種變化。 圖7是一種步進電機與微處理器的接口電路。
計算機或微處理器的輸出端口,通常終端驅動電壓低于1V時,作為邏輯0狀態;而高于3.5V時,作為邏輯1狀態。這種邏輯稱為正邏輯。不過圖7中電路與上述相反。因此,步進電機輸入端從高電平向低電平轉換時,工作狀態改變。復位端用高電平復位。方式輸入端為低電平時,電機正轉;而高電平時,電機反轉。 圖6電路設計最大輸出電流為300mA。 如果希望把電流擴展5A,則采用圖8中的兩個電路。步進電機的每相都需要外加驅動電路,一個四相步進電機,需要增加四個這樣的附加電路。圖8(a))的電路用于驅動電路,一個四相步進電機,需要增加四個這樣的附加電路。圖8(a)的電路用于驅動四個完全獨立的繞組。圖8(b)的電路用于繞組具有公共點步進電機。D1和D2的作用是防止電機的反電動勢損壞輸出級晶體管。