Мастерская по наладке электроприводов
Режимы работы шагового двигателя
Качественное исследование характерных режимов работы ШД на АВМ. Эксперименты с реальными ШД трудоемки и требуют сложной аппаратуры.

Важным достоинством методов математического моделирования является возможность наблюдения и анализа любых представляющих интерес процессов, причем поскольку параметры уравнений могут быть указаны с высокой точностью, то осциллограммы, полученные на АВМ и при натурных испытаниях ШД, мало различаются между собой, что позволяет рассматривать моделирование как форму расширенного эксперимента. Разрыв фазовой траектории и метки на оси абсцисс соответствуют началу каждого управляющего такта. Исходное положение на фазовых траекториях определялось значением, а конечное.

Таким образом, процесс записан на развертке передней стенки фазового цилиндра; ряд положительных и отрицательных отклонений (ординат) фазовой траектории от оси абсцисс соответствует затухающим колебаниям скорости, а пересечения траектории с осью абсцисс характеризуют колебания угла при отработке шага.

Аналогичный характер отработки шага наблюдался и при натурных испытаниях ШД, где изменения угла и токов показаны в функции времени. Исследования показали, что для низкочастотных приводов, где необходим старт-стопный режим работы ШД, следует применять минимальную форсировку, а иногда прибегать к искусственному увеличению постоянных времени фазных обмоток.

В этом случае при парной коммутации фаз и незначительном внешнем демпфировании удается получить чисто апериодический закон отработки шага. Для малых к подобный характер движения возможен лишь при значительной нагрузке типа трения. Выше отмечалось, что при частоте управляющих импульсов, равной или кратной основной резонансной частоте, амплитуда свободных колебаний ротора возрастает.

При малых значениях нагрузки на валу ШД типа "сухого" и вязкого трения это может приводить к потере устойчивости и сбоям в работе привода. Нарушения нормальной работы ШД на резонансных частотах выражены наиболее отчетливо при малых значениях нормализованной постоянной времени к и в тех случаях, когда двигатель нагружен активным моментом. При пуске ШД в условиях, близких к реальному холостому ходу, амплитуда свободных колебаний ротора увеличивается на протяжении первых трех тактов коммутации и оказывается большей, чем зона устойчивости.

Происходит опрокидывание ротора, и двигатель начинает работать хаотически. Начальная стадия процесса пуска ШД, нагруженного активным моментом, развивается аналогично. Срыв синхронно-импульсного движения ротора сопровождается его вращением в направлении действия активного момента. При этом двигатель становится неуправляемым. Потеря управляемости под действием значительного активного момента нагрузки при недостаточном демпфировании возможна и на других частотах.

Однако в области резонансных частот этот аномальный режим наиболее вероятен и может иметь место при относительно меньших значениях активного момента. Сказанное здесь не следует понимать таким образом, что четырехфазный ШД вообще не приспособлен для работы с активным моментом в области резонансных частот. При соответствующем увеличении демпфирования устойчивая работа возможна с активным моментом, близким к предельному.

Полученными зависимостями следует руководствоваться при проектировании систем, предназначенных для работы в широком диапазоне частот, включая и резонансные. Функциональное назначение ШД исключает возможность его работы со скольжением относительно поля. В переходных режимах возникает отставание или опережение ротора относительно поля (динамическая ошибка), но оно ограничено величиной зоны устойчивости.

На протяжении одного или первых двух тактов коммутации во время пуска ротор отстает от поля, запасая избыточную потенциальную энергию, которая затем переходит в кинетическую, что вызывает значительные колебания мгновенной угловой скорости относительно синхронной. В наибольшей степени эти колебания проявляются при работе ШД на инерционную или активную нагрузку с малым трением. Вращению в одном направлении соответствует верхняя часть фазовой траектории, которая "навита" на фазовом цилиндре, а изменению направления вращения - нижняя часть траектории.

Хорошо видно, что при значительном демпфировании и нагрузке типа "сухого" трения периодические режимы после пуска и реверса устанавливаются практически сразу (за время одного такта коммутации) а колебания мгновенной угловой скорости относительно синхронной невелики несмотря на то, что частота управляющих импульсов близка к двойной собственной частоте колебаний ротора. Реверс и торможение здесь осуществляется со значений скорости, близких к установившимся. Реверс с неустановившейся (максимальной) скорости может сопровождаться полной потерей устойчивости или временной потерей устойчивости с пропуском четырех шагов.

Следует подчеркнуть, что при натурных экспериментах потеря четырех шагов при реверсе может остаться незамеченной, так как внешне реверс протекает нормально. Поэтому при проектировании разомкнутой системы с ШД следует внимательно подходить к выбору параметров, руководствуясь имеющимися в приложении обобщенными динамическими характеристиками, с тем чтобы исключить этот ложный режим. Команда на торможение подавалась в момент времени, когда изменяющаяся угловая скорость меньше синхронной.

Если команда на торможение дается в момент времени, когда мгновенная скорость достигает максимального значения, то избыток кинетической энергии приводит к выбегу ротора с потерей 4, 8 шагов и т. д. В общем случае число избыточных шагов при торможении кратно числу фаз двигателя. Это объясняется тем, что интервал между соседними точками устойчивого равновесия равен пространственному периоду кривой синхронизирующего момента. Фазовый портрет торможения с выбегом ротора имеет характерную петлю (или несколько петель), не охватывающую устойчивый фокус.


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