一種步進電動機環形分配器

沈光祖(合肥工業大學)

l  概述

    步進電機通常設計成3、4、5或6相。運行方式每相依次通電的稱單拍．每相鄰兩相依次通電的稱雙拍．每單、雙相相問依次通電的稱倍拍。例如三相步進電機按a-b-c-a相順序通電為單三拍運行：接ab一bc一ca-ab順序通電為雙三拍運行；按a—ab一b一bc一c一ca一a順序通電為三相六拍運行。其它相數步進電機運行方式可依次類推。步進電機的環形分配器目前只有三相的有專用集成電路．且價格較高．輸出電流較小。若使用雙向移位寄存器芯片40194．可組成任意相任意運行方式的步進電機環形分配器．具有價格較低、輸出電流較大、電路簡單、正反向轉換方便、容易實現自動從非期望狀態進入期望狀態、便于與微型機或數字電路接口等優點。

2電路設計要點

2．1根據步進電機的相數與運行方式確定雙向移位寄存器的必要與充分(簡稱充要)的位敬。單拍與雙拍運行的充要位數等于步進電機的相數．單數相電機倍拍運行的充要位敬等于相數加1．雙數相倍拍運行的充要位數等于拍數。但集成電路40191是四位雙向移位寄存器，兩片串聯則為八位．實際使用的位數可多于充要位數。例如三相單三拍只需三位．實際使用時可用一片40194為四位．又如五相十拍只需六位，可用兩片40194為八位。

2．2選擇移位寄存器右移及左移輸入端的信號源。對于單拍與雙拍及雙數相電機倍拍運行方式，如果實際使用的雙向移位寄存器位數等于充要位數．則移出信號就作為右移及左移輸入端的信號源。如果實際使用的位數多于充要位數．則右移及左移輸入端的信號取自移出信號之前的輸出信號．向前取的位數等于實際使用多于充要的位數。例如三棚單三拍運行使用一片40194．其四位輸出信號為q₀、q₁、q₂、q₃為右移移出信號，q₀為左移移出信號．由于實際使用了四位雙向移位奇存器．比充要位數多了一位，因此其右移輸入端dsr接至仇，左移輸入端dsl，接至q_l。

    對單數相電機倍拍運行方式．如果實際使用的雙向移位寄存器位數等于充要位數，則移出信號前一位輸出信號的反相信號作右移及左移輸入端的信號源。如果實際使用的位敬多于充要位數．則右移及左移輸入端的信號取自移出信號前面輸出信號的反相信號．向前的位數等于實際使用多于充要的位數加l。例如五相十拍運行使用兩片40191．其八位輸出信號為q₀q₁q₂q₃q₄q₅q₆q₇，q₇為右移移出信號．q₀為左移移出信號．由于實際使用了八位．比充要位數多了兩位．因此其右移輸入端dsr接至q₄左移輸入端dsl，接2.3選擇雙向位寄存器的若干輸出端作為環形分配器信號。對于單拍與雙拍運行方式．移位寄存器的前位輸出信號依次就是環形分配器信號abc……。例如三相單三拍或雙三拍．則移位寄存器的q₀就是a,q₁就是b,q₂就是g。對于單數相電機倍拍運行方式．移位寄存器中的q₀、q₂、q₄，……為環形分配器信號的前幾位，而q₁,q₃……為環形分配器的后幾位。例如對于三相六拍運行，移位寄存器的q₀就是a，q₂就是b,q₁就是c。對于五相十拍運行，移位寄存器的q₀就是a．q₂就是b,q₄就是c．q₁就是d,q₃就是e。對于雙數相電機倍拍運行方式．移位寄存腳標雙數(或單數)的輸出信號依次就是環形分配器信號。

2．4列出雙向移位寄存器期望狀態的時序表。對于單拍與雙拍運行．前幾位的期望狀態時序表就是環形分配器的時序表．多出位的時序則遵循移位規則。對于單數相電機倍拍運行，第一拍的q₀為1．從q₁開始到充要位數為0，最后的多余位均為1,第二拍開始則按移位規則列出時序．對于雙數相電機倍拍運行，腳標雙數(或單數)的輸出信號按環形分配器時序．其余按移位規則。根據雙向移位寄存器的時序表按步驟3的規則列出環形分配器的時序表，核對是否符合步進電機所要求的運行方式。

2．5列出所有移位寄存器的非期望狀態的時

序．利用雙向移位寄存器的清零端rst或并行置數端．d_od₁d₂d₃,找出從非期望狀態自動進入期望狀態的****方案。

2．6設計出的電機圖中要添加控制移位寄存器移位方向信號．以便能控制步進電機的正反轉．還可增加在合閘加電時使移位寄存器自動進入期望狀態的電路。

3設計舉例例

1．三棚雙三拍

  充要位數為三位．使用一片四位雙向移位寄存器．多出了一位。因此右移輸入端dsr接q2