关键词　经济型数控　步进电机　驱动电源“八五”期间我校承担了国家重点攻关课题和重庆市火炬计划“大功率步进电机细分驱动电源的产业化生产”经过两年多深入细致的研究与开发，现已研究成功bs308 、bs312 五细分大功率步进电机驱动系统,电机工作电流为8a、12a 两轴驱动，并与重庆巴山仪器厂合作，成功地进行了经济型数控车床控制系统的产业化生产。
　　1 　大功率驱动源存在问题

       80 年代以来，我国开发研制的经济型数控车床的控制系统，软、硬件在应用中还存在一些问题。如驱动系统工作发热，可靠性低、烧大功率管、低频振荡、矩频特性差及功能不齐等，成为推广应用经济型数控车床的难题，也成为大功率驱动电源产业化不可逾越的鸿沟。针对以上大功率驱动电源出现的问题，我们对使用较普遍的110bf 系列、130bf 系列、反应式步进电机细分驱动电源从理论上进行分析研究，建立高频斩波步进电机伺服驱动系统的数学模型。在对数学模型进行计算机仿真运行的基础上，对伺服驱动系统综合性能和输入电压电流参数进行分析，得知驱动系统的输入电压、电流值对运行矩频特性影响较大。如输入电压过低，矩频特性指标差，高频时输出力矩不够，满足不了使用技术要求；如输入电压过高,虽然高频输出力矩大，但低频运行振荡严重，会直接影响加工精度。
　　2 　大功率步进电机驱动源低频振荡

        2.1 　倍压、倍流控制方式

       当电机运行在低频加工段时，采用低压额定电流控制方式，确保加工无低频振荡，提高精度；运行在高速大力矩状态时，加入倍流倍压控制,提高输出力矩。
　　如当步进电机工作频率在1000hz 以下，工作电压为130v dc；工作频率在1000hz 以上，工作电压为180vdc ，步进电机在高频运行(如频率在3000hz 以上) 加倍流。为此采用计算机软件与电子线路相结合来完成开关倍压和倍流的控制方法。
　　根据步进电机运行的频率，由计算机软件发出控制信号，电子线路由光电耦合器隔离传输信号，通过集成电路4069 、mc1413 及模块控制倍流的增加,通过可控硅来控制倍压的增加。这样可靠性一下提高许多，存在的高频力矩不够、低频振荡的问题都圆满地解决了。另外，当电机处于锁紧状态时，由软件发出控制信号，电机工作在半电流锁紧状态。
　　2.2 　五细分步进电机驱动电源

          为提高步进电机工作精度，进一步减少低频振荡，采用了计算机软件与电子线路相结合的方式。即由计算机发出脉冲信号电子线路来完成步进电机五细分的工作，使原来1 个脉冲信号步进电机走1 大步即0. 75°( 附图a ) , 精确到1 个脉冲步进电机走5 小步, 即0. 75°÷5 = 0. 15°(附图b) ，从而大大提高了步进电机的低频运行精度,进一步减小步进电机低频振荡。在普通c620 车床上可确保±2μm 的加工精度。

      3 　限电压、过电流及过热的保护

        在步进电机细分驱动系统中为了提高驱动系统的可靠性、稳定性、设计了驱动电源的“限电压”、“过热”及“过电流”保护线路。该线路已申请国家专利。
　　3.1 　限电压保护

       在实际应用中，由于我国电网状况差，工作现场的电压波动较大，在实际工作中电机低频运行在80v dc 也能正常工作,所以低压不作保护。而在外电压超过额定值百分之20 时，保护线路起作用，但不象传统的保护线路将驱动电源切断，而是使工作电压稳定限制在180v dc 以下。驱动电源不会因外电压忽高忽低影响工作。
　　此工作是由电阻分压电路在步进电机工作高压取样，在运算器lm393 上进行比较，再由光电耦合器进行隔离传输，触发可控硅控制开关步进电机工作高压完成。
　　3.2 　过电流保护

       步进电机运行中，大功率管的二次击穿是一个最头痛的问题,即使在调试中稍不注意也会将功率管损坏。为此，设计了过电流保护线路。当驱动线路出故障或电机相线短路，使某相工作电流瞬间超过额定百分之30 时过电流保护线路起作用。此时过流指示灯亮,将该相输入控制信号关闭；通过报警信号线向计算机报警。计算机自动发出关断高压控制信号，关断高压,避免大功率管烧坏。此保护线路是电路切断脉冲信号与计算机关断工作电源起双保护作用。

 3.3 　过热保护

       步进电机驱动系统的过热保护是保证系统稳定运行的关键。我们设计的bs308 、bs312 驱动电源，在室温40 ℃通风正常的情况下，散热器上的温度仅在55～65 ℃。当发生意外使散热风机停转或环境温度过高时，都会导致驱动电源散热器温度上升，当散热器温度达到70 ℃时，过热保护电路将自动关掉高压，使功率管工作电流为0 ，电机停转,此时过热指示灯亮。
　　过热保护线路是由温敏电阻在驱动源散热器上取得温度转换后的电压变化信号，通过运算放大器lm393 进行比较，将所得结果再通过集成电路mc1413 放大，如果温度超过标准值，信号将通过光电耦合器，触发可控硅关断步进电机工作电压，步进电机停止运行，技术人员进行及时处理。
　　4 　结束语

     vmosfet 高频恒流斩波步进电机伺服驱动技术是我所多年来开发研制数十种驱动电源的成熟技术，而近年研制成功的bs308 、bs312 细分驱动电源又在原来基础上大大地进了一步。在该驱动系统中，采用大功率vmos 管和igbt 混合电路，利用vmos 管开关频率高的特性，完成斩波工作，而igbt 饱和压降低，发热量小，作相选通控制,这样驱动电源效率高，无二次击穿，可靠性大大提高。
　　bs308 、bs312 已在航天部重庆巴山仪器厂进行了各种技术参数的测试及高低温老化实验，整机性能指标完全符合标准，并通过鉴定，目前正进行批量生产。

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