1 步进电机
步进电动机是纯粹的数字控制电动机,它将电脉冲信号转变为角位移,即给一个脉冲,步进电机就转一个角度,因此非常合适单片机控制,在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,电机则转过一个步距角,同时步进电机只有周期性的无累积误差,精度高。
步进电动机有如下特点：
1）步进电动机的角位移与输入脉冲数严格成正比。因此,当它转一圈后,没有累计误差,具有良好的跟随性。
2）由步进电动机与驱动电路组成的开环数控系统,既简单、廉价,又非常可靠,同时,它也可以与角度反馈环节组成高性能的闭环数控系统。
3）步进电动机的动态响应快,易于启停、正反转及变速。
4）速度可在相当宽的范围内平稳调整,低速下仍能获得较大转距,因此一般可以不用减速器而直接驱动负载。
5）步进电机只能通过脉冲电源供电才能运行,不能直接使用交流电源和直流电源。
6）步进电机存在振荡和失步现象,必须对控制系统和机械负载采取相应措施。
步进电机具有和机械结构简单的优点,图1是四相六线制步进电机原理图,这类步进电机既可作为四相电机使用,也可以做为两相电机使用,使用灵活,因此应用广泛。
步进电机有两种工作方式：整步方式和半步方式。以步进角1.8度四相混合式步进电机为例,在整步方式下,步进电机每接收一个脉冲,旋转1.8度,旋转一周,则需要200个脉冲,在半步方式下,步进电机每接收一个脉冲,旋转0.9度,旋转一周,则需要400个脉冲。控制步进电机旋转必须按一定时序对步进电机引线输入脉冲,以上述四相六线制步进电机为例,其半步工作方式和整步工作方式的控制时序如表1和表2所列。
步进电机在低频工作时,会有振动大、噪声大的缺点。如果使用细分方式,就能很好的解决这个问题,步进电机的细分控制,从本质上讲是通过对步进电机励磁绕组中电流的控制,使步进电机内部的合成磁场为均匀的圆形旋转磁场,从而实现步进电机步距角的细分,一般情况下,合成磁场矢量的幅值决定了步进电机旋转力矩的大小,相邻两合成磁场矢量之间的夹角大小决定了步距角的大小,步进电机半步工作方式就蕴涵了细分的工作原理。
实现细分方式有多种方法,最常用的是脉宽调制式斩波驱动方式,大多数专用的步进电机驱动芯片都采用这种驱动方式,TA8435就是其中一种芯片。
2 基于TA8435H芯片的步进电机细分方式
2.1 TA8435芯片特点
TA8435是东芝公司生产的单片正弦细分二相步进电机驱动专用芯片,该芯片具有以下特点：
1）工作电压范围宽（10－40V）;
2）输出电流可达1.5A（平均）和2.5A（峰值）;
3）具有整步、半步、1/4细分、1/8细分运行方式可供选择;
4）采用脉宽调试式斩波驱动方式;
5）具有正/反转控制功能;
6）带有复位和使能引脚;
7）可选择使用单时钟输入或双时钟输入。
从图2中可以看出,TA8435主要由1个解码器,2个桥式驱动电路、2个输出电流控制电路、2个最大电流限制电路、1个斩波器等功能模块组成。
2.2 TA8435细分工作原理
在图3中,第一个CK时钟周期时,解码器打开桥式驱动电路,电流从VMA流经电机的线圈后经RNFA后与地构成回路,由于线圈电感的作用,电流是逐渐增大的,所以RNFB上的电压也随之上升。当RNFB上的电压大于比较器正端的电压时,比较器使桥式驱动电路关闭,电机线圈上的电流开始衰减,RNFB上的电压也相应减小;当电压值小于比较器正向电压时,桥式驱动电路又重新导通,如此循环,电流不断的上升和下降形成锯齿波,其波形如图3中IA波形的第1段,另外由于斩波器频率很高,一般在几十KHz,其频率大小与所选用电容有关,在OSC作用下,电流锯齿波纹是非常小的,可以近似认为输出电流是直流。在第2个时钟周期开始时,输出电流控制电路输出电压Ua达到第2阶段,比较器正向电压也相应为第2阶段的电压,因此,流经步进电机线圈的电流从第1阶段也升至第二阶段2,电流波形如图IA第2部分,第3时钟周期,第4时钟周期TA8435的工作原理与第1、2是一样的,只有又升高比较器正向电压而已,输出电流波形如图IA中第3、4部分。如此最终形成阶梯电流,加在线圈B上的电流,如图3中IB。在CK一个时钟周期内,流经线圈A和线圈B的电流共同作用下,步进电机运转一个细分步。
2.3 步进电机的应用
图4是单片机与TA8435相连控制步进电机的原理图,引脚M1和M2决定电机的转动方式：M1＝0、M2＝0,电机按整步方式运转;M1＝1、M2＝0,电机按半步方式运转;M1＝0、M2＝1,电机按1/4细分方式运转;M1＝1、M2＝1,电机按1/8步细分方式运转,CW/CWW控制电机转动方向,CK1、CK2时钟输入的最大频率不能超过5KHz,控制时钟的频率,即可控制电机转动速率。REFIN为高电平时,NFA和NFB的输出电压为0.8V,REFIN为低电平时,NFA和NFB输出电压为0.5V,这2个引脚控制步进电机输入电流,电流大小与NF端外接电阻关系式为：IO＝Vref/Rnf。图4中,设REFIN＝1,选用步进电机额定电流为0.4A,R1,R2选用1.6欧姆、2W的大功率电阻,O、C两线不接。步进电机按二相双极性使用,四相按二相使用时可以提高步进电机的输出转矩,D1－D4快恢复二极管用来泄放绕组电流。
以下是利用TA8435控制步进电机的程序,实现采用1/8细分方式控制步进电机的顺时钟方向转动的功能,利用定时器1向TA8435输出脉冲,用来控制步进电机转速。
3 结论
本文介绍了步进电机的特点和TA8435芯片工作原理,使用细分方式可以提高步进电机的控制精度,降低步进电机的振动和噪声,因此,在低频工作时,可以选用1/4细分或1/8细分模式,以降低系统的振动和噪声,当系统需要在高速工作时,细分模式就有可能达不到要求的速度,这时可以选用整步或半步方式,在速度较高时,在整步或半步工作模式下,步进电机运行稳定,振动小、噪声也小。TA8435在细分、半步、整步几种工作模式之间的切换是相当容易的,使用TA8435控制步进电机具有价格低、控制简单、工作可靠的特点,所以具有很高的推广价值和广阔的应用前景。
1、用开关控制原理图：
向左转|向右转
如果电机是3条出线的，其中一条是公共点（分别与另外2条线的测电阻其值较小），接电源零线，然后把剩下的两条线并联电容，在电容的一端接220V电源相（火）线，就可以了，若要改变电机转向，只要把220V电源相（火）线接在电容的另一端就可以了。
2、用倒顺开关控制单相交流电机正反转原理图：
向左转|向右转
将串接电容的绕组的接线的一端调整到电源的另一端，改变电机的旋转磁场方向即可实现。
3、离心开关、运转电容、接启动电容控制正反转原理：
向左转|向右转
U1U2为电机主绕组,V1V2为电机内置离心开关,Z1Z2为副绕组。 V1Z1接运转电容(小),V2Z1接启动电容(大)。
三相异步电动机正反转控制原理图
三相异步电动机正反转控制
原理图 在选择断路器时，我们不仅要关注断路器的延迟曲线等主要指标，还应重视它的很多次要功能，这些常容易被忽略的性能不仅能为一个良好的设计锦上添花，而且还能帮助工程师们为其应用设计精密的保护电路。
目前市面上有许多配备了各种可选功能的断路器，这些功能对于电路保护设计很有帮助。下面列出的是一些较为常见的功能。
辅助接点（辅助开关）：它们是与主接点电隔离的接点，适用于报警和程序开关。辅助接点可用于向操作人员或控制系统告警，发出警报，或在重要应用中接通备用电源。
传动：传动器类型的选择不仅是出于美观的考虑。具有开关速度是通/断开关两倍的传动摇杆开关的断路器能够节约成本和电路板空间。推挽式传动器在遇到突发事件时最为稳定。
分流端子：传统断路器被认为是“串联跳闸”的，这是因为接点、电流感应元件和负载都是串联的。分流端子从主电路分出支路，这样可将次级负载接入。如果初级负载发生了短路或过载，断路器将跳闸并切断两个负载的电源。
与辅助接点不同，分流端子是接到位于开关接点和电流感应元件之间的断路器载流通路的，这意味着第二个负载不受过载或短路保护。可以采用一个独立的断路器来保护次级电路，否则该电路只可用于具有内置保护电路的设备。
复式控制（遥控跳闸或继电器跳闸）：复式控制断路器将两个彼此电隔离的感应元件组合起来以实现多项功能。例如，复式控制断路器可利用遥控传动器或感应器来进行传统的过流保护以及电路断接。遥控跳闸是复式控制的一个例子，通常被称为“继电器跳闸”。
低压跳闸：这是断路器中一个独立的电压敏感元件，如果电压降到预定值以下，它将使主接点开路。具有低电压跳闸的开关断路器被广泛用于有线连接电器的通/断控制。安全管理部门要求这些电器在发生掉电时必须切断电源，以避免电源恢复时电器突然重新启动的危险。
自动跳闸：一个自动跳闸的断路器在故障期间不会一直保持闭合—因为开关装置不会因强行保持传动器接通而失效。在一个完全自动跳闸的设计中，当传动器被保持在“接通”位置时，主接点在发生故障之后将始终保持开路。一些被称为“循环自动跳闸”的断路器在故障期间不能强行保持接通状态，但如果传动器一直处在“接通”的位置，则它们将周期性地接通和断开。如果断路器安装在容易够得着的地方（即未封闭），则应采用自动跳闸断路器。
自动复位：对于断路器不易够着的应用来说，在冷却期后自动复位的断路器是一个良好的选择。此时若指定使用可自动再起动的设备，则发生危险的可能性很大。
百科视频，电机正反转控制原理图
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