Мастерская по наладке электроприводов
Параметры шагового электропривода
Экспериментальное определение параметров шагового электропривода: испытания ШД и привода проводят с заторможенным ротором и при различном характере движения. В первом случае определяются кривые статического синхронизирующего момента, индуктивные параметры, общий момент инерции ротора и нагрузки; во втором-предельные нагрузочные и динамические характеристики привода.

Вследствие того что кривые статического синхронизирующего момента имеют устойчивые и неустойчивые участки, а цена шага может достигать долей градуса, необходимо принудительно устанавливать ротор двигателя во всем диапазоне изменения момента и измерять угол рассогласования магнитных осей с большой точностью. Обычно это выполняется за счет самотормозящейся передачи, при помощи которой ротор выводится из положения равновесия.

Момент ШД измеряется по деформации промежуточной полой втулки или пластины с наклеенными на них тензодатчиками. Упругий элемент с тензодатчиками называется тензометром. При заданных пределах измерения момента требуемую чувствительность тензометра можно получить вариацией геометрически размеров упругого элемента или изготовлением его из материалов с различными модулями упругости.

Устанавливая ротор относительно статора с помощью червячного редуктора, можно снять семейство статических характеристик ШД при разных токах управления. Точная величина момента инерции ротора ШД и нагрузки должна быть известна при проектировании шагового привода. Она может быть определена экспериментально по осциллограмме крутильных колебаний тензометра, жестко связанного с основанием испытательного стенда и ротором ШД или свободным валом приводного ненагруженного механизма.

Если к свободному концу вала ШД, отключенного от сети, приложить внешнее усилие, скручивающее тензометр на некоторый угол ф, а затем внезапно снять его, то возвращение ротора в исходное положение будет происходить с колебаниями. Обычно при испытании ШД с реактивным ротором затухание колебаний невелико, так как коэффициент демпфирования определяется трением в системе ротор - упругий элемент.

Жесткость упругого элемента должна быть предварительно вычислена или определена из эксперимента. Когда затухание колебаний оказывается значительным (ШД с активным ротором, трение IB нагрузочном механизме), частота со заметно отличается. В этом случае по осциллограмме выходного сигнала тензометра нужно определить не только частоту, но и коэффициент демпфирования: Погрешность, полученная при экспериментальном определении момента инерции тел правильной геометрической формы описанным выше способом, не превышает нескольких процентов от расчетной величины.

Для точных измерений необходимо, чтобы в местах соединений ротора, тензометра и вала редуктора отсутствовали люфты. Определение предельных рабочих частот и динамических характеристик шагового привода требует измерения среднего "и мгновенного значений момента нагрузки. При испытаниях ШД в качестве нагрузочных устройств удобно применять фрикционные тормоза или порошковые муфты, у которых моменты инерции вращающихся частей относительно невелики.

Косвенное измерение момента (например, по давлению на колодки тормоза или току муфты) неточно из-за зависимости коэффициента трения от скорости, смазки и т. п. Применение противовесов не позволяет снимать участки характеристик в области низких и средних частот, где отработка шагов сопровождается колебаниями. Эти недостатки удается в значительной степени устранить при определении момента тензометрическим способом.

Момент (среднее или мгновенное значение) измеряется по реакции опоры двигателя, тормоза или по деформации упругой втулки, установленной между ротором и шкивом тормоза. Корпус испытуемого двигателя связан со стойкой через полую втулку, на которой наклеены датчики.

Ось ШД соединена с осью тормоза, корпус которого также связан с основанием через упругую втулку. Колодки тормоза перемещаются по направляющим без люфта (по типу щеточного контакта). Давление Р на колодки обеспечивается либо при помощи пружин и -винтов, либо электромагнитом. Момент трения, возникающий между колодками и шкивом, передается на втулку и измеряется по деформации ее стенок.

Для уменьшения биений ось тормоза имеет свой подшипник, на нее могут надеваться дополнительные инерционные диски или датчик угловых перемещений. Вертикальное расположение ШД позволило повысить чувствительность измерения момента, так как тонкие стенки втулки нагружены ,весом двигателя равномерно и .работают на растяжение, а не на изгиб, как при консольном креплении. С помощью втулки измеряется полный момент между статором и ротором ШД, т. е. электромагнитный момент, а с помощью момент нагрузки.

В реальных стендах используются различные модификации чувствительных элементов, тормозов и т. д. При измерении мгновенного момента возникают амплитудные и фазовые искажения. Точность измерения зависит от правильного выбора типа датчиков, размеров втулки и связанной с ней инерционной массы. Она тем выше, чем больше разница между частотой колебаний измеряемого момента и частотой собственных колебаний датчика момента, связанного с валом ШД, его корпусом или тормозом.

С увеличением габаритов двигателя резко возрастает его момент инерции, поэтому не всегда удается обеспечить требуемую точность при измерении электромагнитного момента указанным выше способом. Определение момента нагрузки ШД по реакции опоры тормоза производится аналогично, но здесь легче получить высокую частоту собственных колебаний (датчика момента, потому что удельные нагрузки механического тормоза значительно выше, "Чем у электродвигателя.

Очевидно, что для подобных стендов тормоз должен быть спроектирован так, чтобы его корпус обладал минимально возможным моментом инерции. Измерение момента силовых ШД больших габаритов производится с помощью втулок со скользящим контактом. На тонкую часть втулки под углом 45° к ее образующей наклеиваются тензодатчики, соединяющиеся в мостовую схему. Напряжение питания измерительного моста и его выходное напряжение подаются через контактные кольца, которые изолированы от корпуса и между собой текстолитовыми прокладками.

Точное определение предельных частот пуска, реверса и торможения ШД при разных видах нагрузки может быть сделано осцилло-графированием угловых перемещений или с помощью специальных пересчетных устройств, которые выдают калиброванные пачки импульсов на блок управления. Число импульсов в пачке выбирается равным числу шагов на один оборот ротора. Таким образом, после отработки каждой такой пачки управляющих импульсов ротор должен всегда возвратиться в исходное положение, что свидетельствует о правильной работе ШД.

Отсутствие простых датчиков, позволяющих записывать отработку шагов с точностью до долей градуса, затрудняет экспериментальное исследование динамических режимов ШД. Для этой цели можно использовать реостатные и оптические датчики, а также многополюсные вращающиеся трансформаторы, которые возбуждаются напряжением с частотой 1-1,5 кгц. Последний способ наиболее прост, (НО его недостатком является то, что шаговые перемещения записываются относительно синусоидальной .кривой.

Линейную зону .можно расширить включением обмоток трансформатора по дифференциальной схеме. Расшифровка осциллограмм облегчается, если полуволна выходного сигнала трансформатора соответствует 4-6 шагам двигателя. Установившиеся значения угловых перемещений можно использовать как тарировочные величины при расшифровке осциллограмм. По осциллограмме затухания свободных колебаний ротора,, предварительно выведенного из положения устойчивого равновесия, определяется коэффициент внутреннего демпфирования ШД.

Если колебания совершаются на близком к линейному участке характеристики статического синхронизирующего момента, то они описываются уравнением. Можно рассчитать б, а безразмерный коэффициент вязкого трения двигателя. При начальной амплитуде, соизмеримой с ценой шага, колебания отличаются от линейных и приходится вычислять усредненное значение коэффициента ). Коэффициент внутреннего демпфирования ШД зависит от соотношения уровней питающего напряжения и э. д. с. вращения, т. е. от кратности форсировки.

На частоту собственных колебаний привода влияет момент инерции нагрузки. Если исследуется ШД, который должен работать в конкретном приводе, то во время опыта напряжение не должно отличаться от заданного, а на валу двигателя следует укрепить диск, .момент инерции которого соответствует приведенному моменту инерции привода. Частота затухающих колебаний, полученная при этом эксперименте, будет близка к основной резонансной частоте шагового привода.


Спонсор публикации:
©2009-2012 - Права защищены
Укажите ссылку на источник при копировании информации