Мастерская по наладке электроприводов
Режимы работы шагового привода
Режимы работы и характеристики шагового привода: Статический режим, или режим фиксации ротора под током, имеет место при установившихся значениях тока в фазах. При этом ротор неподвижен и занимает равновесное положение под действием собственного момента и момента внешних сил. ШД выполняет функции электромеханического элемента памяти системы, сохраняя угловое положение, соответствующее последнему импульсу команды.

Уравнение механического равновесия для статического режима имеет вид: Поэтому амплитуды при возбуждении двух или трех фаз больше, чем при однофазном питании, причем для ненасыщенного двигателя их отношения равны: Близкие к приведенным выше отношения амплитуд моментов получены для малых токов управления. С ростом токов разница между максимальными моментами при разных способах возбуждения уменьшается из-за насыщения стали.

Кроме того, если при возбуждении одной фазы значение ее тока может быть предельно допустимым по условиям нагрева, то при одновременном возбуждении двух или трех фаз значения тока в них необходимо снизить. Практически незначительно различаются между собой, но остаются большими, чем на 30-50%. Они имеют точки устойчивого и неустойчивого равновесия. В положении устойчивого равновесия зубцы ротора с зубцами статора, а в положении неустойчивого равновесия находятся против пазов статора.

Из уравнения можно найти статическую ошибку ШД, нагруженного активным моментом Практически величина ошибки всегда меньше, так как ШД не может работать с моментом нагрузки, равным максимальному статическому. Предельный момент нагрузки определяется точкой пересечения совмещенных характеристик статического синхронизирующего момента. Его значение возрастает с увеличением числа фаз или тактов работы блока управления.

Режим единичных шагов имеет место при низкой частоте управляющих импульсов, когда время полного успокоения ротора при повороте на один шаг меньше периода поступления команд. Движение ротора носит дискретный характер и состоит из идентичных элементарных угловых перемещений, совершаемых по апериодическому или колебательному закону в зависимости от соотношения параметров. Запись угла поворота ротора 6 на этих осциллограммах осуществлялась с помощью поворотного трансформатора, получающего питание от источника напряжения с частотой.

Если время протекания электромагнитных переходных процессов существенно меньше, чем механических, то переключению фаз соответствует мгновенное смещение на шаг характеристики статического синхронизирующего момента. Когда двигатель не нагружен, положению ротора соответствует точка О на исходной характеристике. При коммутации фаз рабочая точка попадает на максимум кривой (или кривой, которая является ее зеркальным отображением относительно оси 6 при ином направлении вращения).

Переход в новую точку устойчивого равновесия происходит по характеристике и сопровождается колебаниями, максимальная амплитуда которых может доходить до величины шага а, а затухание зависит от внутреннего демпфирования ШД. Многочисленные эксперименты с индукторными ШД показали, что колебания ротора на холостом ходу близки к гармоническим, а внутреннее демпфирование действует аналогично нагрузке типа "вязкого" трения.

Рассмотренный выше .режим работы ШД описывается уравнением, которое следует решать при следующих начальных условиях. Полагая в момент времени, можно построить переходные функции и по времени полного успокоения ротора определить наибольшую частоту, при которой существует режим единичных шагов.

Если электромагнитные постоянные времени соизмеримы с периодом собственных колебаний ротора ШД и в течение каждого такта управления возбуждены по крайней мере две фазы, то характер отработки шагов изменяется. В этом случае колебания ротора совершаются в пределах шага. Амплитуда колебаний ротора значительно уменьшается на холостом ходу, а при небольшой нагрузке типа трения достигается апериодический закон изменения угла.

За счет выбора умеренного форсирования электромагнитных переходных процессов в низкочастотных системах с силовыми ШД удается обеспечить четкий стартстопный режим работы, который необходим для ряда механизмов. Механические характеристики ШД при фиксированных частотах управляющих импульсов не отличаются от механических характеристик обычных синхронных машин и представляют собой отрезки прямых линий, параллельных оси момента в системе координат М, Q.

Они показаны сплошными линиями. Обычно ШД питаются от источников с постоянным уровнем напряжения, и поэтому их электромагнитные моменты с ростом частоты падают. Форма предельных нагрузочных характеристик зависит от постоянных времени фазных обмоток и типа нагрузки. Эти характеристики при фиксированном сочетании параметров определяют границу (рабочей области двигателя.

По предельной нагрузочной характеристике можно определить максимальную величину полезной мощности шагового привода в рабочем диапазоне частот. Резонансные режимы работы ШД возникают в тех случаях, когда частота управляющих импульсов равна или кратна частоте собственных колебаний ротора ШД в системе привода. В зависимости от величины параметров безразмерная частота собственных колебаний может изменяться в узких пределах:

Резонансные режимы работы ШД характеризуются нарушением периодической повторяемости движений ротора и увеличением угловой динамической ошибки и неравномерности скорости вращения. При малых значениях коэффициентов вязкого и "сухого" трения в системе возрастание амплитуды свободных колебаний ротора на основной резонансной частоте может привести к потере шагов и нарушению устойчивой работы привода. Практический интерес представляют критические значения трения, при которых на основной резонансной частоте ШД работает устойчиво.

При увеличении числа фаз ШД критические коэффициенты трения уменьшаются. Переходные, или неустановившиеся, режимы работы ШД возникают при изменении частоты управляющих импульсов, например при пуске из состояния покоя, внезапном реверсе, внезапном торможении и т. п. Изменение направления вращения ШД достигается изменением очередности коммутации обмоток. Частота управляющих импульсов при реверсе в общем случае может изменяться.

Однако наиболее характерным является реверс при неизменной частоте. Торможению соответствует прекращение коммутации обмоток. В соответствии с заданной точностью отработки программы пропуск шагов при пуске, реверсе и торможении ШД недопустим. Следовательно, двигатель должен входить в синхронизм при пуске и реверсе без скольжения, а тормозиться - без выбега ротора.

Следует различать реверс и торможение с установившихся режимов работы и с переходных режимов. В последнем случае предполагается, что интервал времени между двумя очередными командами "пуск - торможение", "пуск - реверс", "реверс - реверс", "реверс - торможение" мал. При этом движение ротора не успевает устанавливаться, и мгновенная угловая скорость в момент внезапного торможения или реверса может заметно превышать свое установившееся значение.

Торможение и реверс с переходных режимов являются самыми динамическими режимами работы ШД. Эти режимы возникают при управлении двигателем короткими сериями импульсов. Предельная частота управляющих импульсов, при которой возможен пуск ШД без потери шагов из состояния фиксации под током, называется частотой приемистости пр. Зависимости при различных значениях параметров Хо, Xi образуют семейство предельных пусковых характеристик шагового привода.


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