U、V、W 為定子上的3 個線圈繞組，3 個線圈繞組的軸線成 120°。電機單相繞組通電的時候，穩態轉矩可以表達為：T=f(i,theta) 。其中，i 為繞組中通過的電流；theta為電機轉子偏離參考點的角度。由於磁飽和效應可以忽略不計，並且轉子結構是圓形，其矩角特性為嚴格的正弦，
即：T=k *I*sin（theta），k 為轉矩常數
若理想的電流源以恒幅值為I 的三相平衡電流iU、iV、iW 供給電機繞組
，
即：
iU=I*sin(wt)
iV=I*sin(wt+2*PI/3)
iW=I*sin(wt+4*PI/3)

則電機各相電流產生的穩態轉矩為：

TU=k*I*sin(wt)*sin(theta)
TV=k*I*sin(wt+2*PI/3)*sin(theta+2*PI/3)
TW=k*I*sin(wt+4*PI/3)*sin(theta+4*PI/3)

穩態運行時，theta=wt，則三相繞組產生的合成轉矩為：

T=TU+TV+TW=3/2*k*I*sin(PI/2-wt+theta)=3/2*k*I

以上分析表明，對於三相永磁同步電機，當三相繞組輸入相差 120°dezhengxiandianliushi，youyuzaineibuchanshengyuanxingxuanzhuancichang，dianjideshuchuzhuanjuweihengzhi。yinci，jiangjiaoliusifukongzhiyuanliyingyongdaosanxianghunheshibujindianjiqudongxitongzhong
，shurude220V 交(jiao)流(liu)
，經(jing)整(zheng)流(liu)後(hou)變(bian)為(wei)直(zhi)流(liu)，再(zai)經(jing)脈(mai)寬(kuan)調(tiao)製(zhi)技(ji)術(shu)變(bian)為(wei)三(san)路(lu)階(jie)梯(ti)式(shi)正(zheng)弦(xian)波(bo)形(xing)電(dian)流(liu)，它(ta)們(men)按(an)固(gu)定(ding)時(shi)序(xu)分(fen)別(bie)流(liu)過(guo)三(san)路(lu)繞(rao)組(zu)，其(qi)每(mei)個(ge)階(jie)梯(ti)對(dui)應(ying)電(dian)機(ji)轉(zhuan)動(dong)一(yi)步(bu)。通(tong)過(guo)改(gai)變(bian)驅(qu)動(dong)器(qi)輸(shu)出(chu)正(zheng)弦(xian)電(dian)流(liu)的(de)頻(pin)率(lv)來(lai)改(gai)變(bian)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)
，而(er)輸(shu)出(chu)的(de)階(jie)梯(ti)數(shu)確(que)定(ding)了(le)每(mei)步(bu)轉(zhuan)過(guo)的(de)角(jiao)度(du)，當(dang)角(jiao)度(du)越(yue)小(xiao)的(de)時(shi)候(hou)，那(na)麼(me)其(qi)階(jie)梯(ti)數(shu)就(jiu)越(yue)多(duo)，即(ji)細(xi)分(fen)就(jiu)越(yue)大(da)，從(cong)理(li)論(lun)上(shang)說(shuo)此(ci)角(jiao)度(du)可(ke)以(yi)設(she)得(de)足(zu)夠(gou)的(de)小(xiao)
，所(suo)以(yi)細(xi)分(fen)數(shu)可(ke)以(yi)是(shi)很(hen)大(da)，而(er)交(jiao)流(liu)伺(si)服(fu)控(kong)製(zhi)的(de)每(mei)步(bu)角(jiao)度(du)與(yu)反(fan)饋(kui)的(de)編(bian)碼(ma)器(qi)的(de)精(jing)度(du)有(you)很(hen)大(da)的(de)關(guan)係(xi)
，一(yi)般(ban)使(shi)用(yong)的(de)為(wei)2500線，所以每一步轉過的角度僅為0.144度，而此方法控製的步進電機，比如其細分數為10000

，則每一步轉過的角度為0.036度du，所suo以yi比bi一yi般ban的de伺si服fu控kong製zhi精jing度du高gao很hen多duo。當dang然ran，步bu進jin電dian機ji轉zhuan動dong時shi

，電dian機ji各ge相xiang繞rao組zu的de電dian感gan將jiang形xing成cheng一yi個ge反fan向xiang電dian動dong勢shi，頻pin率lv越yue高gao

，反fan向xiang電dian動dong勢shi越yue大da。在zai它ta的de作zuo用yong下xia，電dian機ji隨sui頻pin率lv(或速度)的de增zeng大da而er相xiang電dian流liu減jian小xiao，從cong而er導dao致zhi力li矩ju下xia降jiang，通tong過guo恒heng流liu方fang式shi可ke以yi使shi在zai電dian機ji低di頻pin和he高gao頻pin時shi保bao持chi同tong樣yang的de相xiang電dian流liu從cong而er使shi高gao頻pin的de力li矩ju特te性xing有you所suo改gai善shan，這zhe隻zhi能neng是shi在zai低di速su時shi
，所suo以yi其qi綜zong合he性xing能neng（高低速噪聲，高速力矩，高速平穩性等）很難趕超交流伺服控製係統。


圖2 給出相差120°的三相階梯式正弦電流。

三相混合式步進電機一般把三相繞組連接成星形或者三角形
，按照電路基本定理

，三相電流之和為零。即IU+IV+IW =0 。所suo以yi通tong常chang隻zhi需xu產chan生sheng兩liang相xiang繞rao組zu的de給gei定ding信xin號hao
，第di三san相xiang繞rao組zu的de給gei定ding信xin號hao可ke由you其qi它ta兩liang相xiang求qiu得de。同tong樣yang，隻zhi需xu要yao對dui相xiang應ying兩liang相xiang繞rao組zu的de實shi際ji電dian流liu進jin行xing采cai樣yang
，第di三san相xiang繞rao組zu的de實shi際ji電dian流liu可ke根gen據ju式shi求qiu得de。

3 三相混合式步進電機驅動器的係統構成

驅動器的總體方案如圖3 所示，主要包括單片機電路
、電流追蹤型SPWM 電路和功率驅動電路組成。

圖3 驅動器的整體框圖

3.1 DSP模塊設計
在這裏
，我們選擇了TI公司的DSP作為CPU芯片，DSP（Digital Signal Processor）實際上也是一種單片機，它同樣是將中央處理單元
、控控製單元和外圍設備集成到一塊芯片上。但它又有自身鮮明的特點――因為采用了多組總線技術實現並行運行的機機製，從而大大提高了運算速度，具有更強的運算能力和更好的實時性。本文選用的DSP（TMS320LF2407A）是一款電機控製專用芯片
，144引腳，具有豐富的IO資源，含有四個通用定時器，具有兩路專用於控製三相電機的PWM發生器（可產生六路PWM信號）
，另外還有專用接收外部脈衝和方向的I/O口，從而簡化了電路設計和程序開發。
DSP輸入信號包括步進脈衝信號CP、方向控製信號、脫機信號， 過流保護信號。這幾種信號均通過高速光耦連接到DSP的引腳上，另外還有細分步數及電流選擇信號。當脫機信號為有效時，驅動器輸出到電機的電流被切斷，電機轉子處於自由狀態（脫機狀態）。反饋電流通過DSP自帶的的10 位模數轉換器（AD）采樣
，反饋的電流通過一定的算法後
，由DSP自帶的PWM口輸出控製電機。
3.2 電流追蹤型回路
這種傳輸方式以模擬電壓的幅值代表采樣電流或者電壓的大小

，其主要用來采樣a，b兩相電流及母線電壓檢測，實現電機電流控製以及過壓、欠壓
、過流保護。驅動器通過采樣電阻檢測步進電機繞組的實際電流，與設定電流相比較後經過滯環比較器調節器，調節器輸出信號由20KHz 頻率的三角波載波輸出，形成脈寬調製信號(PWM)，通(tong)過(guo)功(gong)率(lv)驅(qu)動(dong)接(jie)口(kou)電(dian)路(lu)來(lai)控(kong)製(zhi)大(da)功(gong)率(lv)半(ban)導(dao)體(ti)器(qi)件(jian)的(de)導(dao)通(tong)與(yu)關(guan)斷(duan)，使(shi)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)的(de)繞(rao)組(zu)實(shi)際(ji)電(dian)流(liu)跟(gen)蹤(zong)給(gei)定(ding)參(can)考(kao)信(xin)號(hao)，按(an)給(gei)定(ding)的(de)正(zheng)弦(xian)規(gui)律(lv)變(bian)化(hua)。
3.3 功率驅動電路
驅動器的主回路采用交-直-交電壓型逆變器形式，由整流濾波電路
、三相逆變器以及步進電機等組成。整流濾波電路構成直流電壓源，完成220V、50Hz 交(jiao)流(liu)電(dian)源(yuan)到(dao)直(zhi)流(liu)電(dian)源(yuan)的(de)變(bian)換(huan)。逆(ni)變(bian)器(qi)實(shi)現(xian)從(cong)直(zhi)流(liu)電(dian)到(dao)變(bian)頻(pin)變(bian)壓(ya)交(jiao)流(liu)電(dian)的(de)轉(zhuan)換(huan)，為(wei)三(san)相(xiang)混(hun)合(he)式(shi)步(bu)進(jin)電(dian)機(ji)的(de)定(ding)子(zi)繞(rao)組(zu)提(ti)供(gong)要(yao)求(qiu)的(de)交(jiao)流(liu)電(dian)流(liu)。逆(ni)變(bian)器(qi)由(you)仙(xian)童(tong)公(gong)司(si)生(sheng)產(chan)的(de)六(liu)隻(zhi)G30N60B3DMOS管組成，構成三相逆變橋。驅動器采用兩隻電阻檢測步進電機相電流的瞬時值。
功率驅動電路的核心是功率模塊(MOS管)。MOS管 與電流追蹤型PWM 輸出之間必須通過專用高速光耦連接。根據MOS管的過流值和電機峰值線電流來選用合適的MOS管
，即電機的線電流的峰值小於MOS管的最大電流值。本設計中電機最大相電流為8.1A，該電流是相電流的有效值，峰值相電流為8.1* sqrt(2) = 11.312A 。此外
，電機繞組在三角形接法時，線電流是相電流的3 倍，所以線電流峰值為19.6A。由G30N60B3DPDF文檔知
，其最大流值為30A,故可以保證正常使用

，正常工作要求適當的散熱設計保證內部結溫永遠小於150攝氏度
，因此要外加散熱器並強製風冷，以保證MOS管正常工作。
3.4並口通訊：
為了避免在控製過程中停電或者其它特別原因掉電時造成損失，使用帶電RAM存儲電機位置，保證來電後工件可繼續完成加工。並口RAM比傳統使用的E2ROM速度傳輸更快更可靠，可更有效的記錄電機運行狀態，但占用CPU的I/O口較多，這裏CPU有足夠的資源可以使用。
3.5 控製軟件流程
主程序流程圖


中斷部分的流程圖


為減少功耗和保護電機

，設置了自動半流功能，它由滯環比較器自動進行調節。

4 結論
shijianzhengmingbenwensuojiangdequdongfangfaqishiyingxinghenqiang

，jibenshangkeyishiyingsuoyoudesanxianghunheshibujindianji。tebieduisanxiangraozuxingxingjiefa，dipinshiyunxingpingwen，wuzhendang
，youxiaodiyizhilezhendang
、噪聲。另外


，驅動器內部設計多種保護電路，使整個驅動器的可靠性大大提高。
參考文獻
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