Мастерская по наладке электроприводов
Усилители мощности
Коммутация обмоток управления ШД производится усилителями мощности. Принцип их построения и типы коммутирующих элементов оказывают значительное влияние на характеристики шагового привода. Шаговый двигатель является разновидностью синхронного с частотным регулированием. Следовательно, для полного использования ШД во всем диапазоне частот и улучшения его энергетических показателей необходимо регулировать величину питающего напряжения.

При этом существенно усложняется система привода, снижается ее надежность и увеличивается инерционность регулирования. Поэтому такие системы не нашли промышленного применения. Случайный характер информации с мгновенными изменениями частоты входных импульсов требует безынерционного управления ШД. Блок управления должен обеспечивать отработку каждого шага с максимальным динамическим моментом независимо от предыдущего состояния.

Этому требованию удовлетворяет блок управления, имеющий характеристики "источника тока". Поэтому для расширения частотного диапазона работы ШД используются различные способы форсирования электромагнитных переходных процессов при постоянном уровне питающего напряжения. Наиболее распространены два основных способа: "Простая" форсировка, заключающаяся в повышении напряжения источника питания и включении последовательно с обмотками управления добавочных активных сопротивлений, ограничивающих фазные токи при нулевой частоте. Форсировка с "отсечкой".

В этом случае напряжение питания также превышает номинальное, а ограничение тока до допустимого значения обеспечивается за счет релейной обратной связи. Обратная связь может быть осуществлена в функции тока или времени. Усилители мощности с токовой обратной связью обеспечивают поддержание заданного значения тока в течение каждого рабочего такта. По своим характеристикам они приближаются к "источнику тока". Управление в функции времени может рассматриваться как частный случай регулирования напряжения в функции частоты. При этом среднее значение напряжения на обмотке ШД будет являться функцией частоты управляющих импульсов.

Транзисторный усилитель обеспечивает коммутацию тока до 10 а при напряжении 40 в и может быть использован для управления ШД ограниченной мощности. Низкий коэффициент усиления мощных транзисторов приводит к увеличению числа промежуточных каскадов и уменьшению надежности блока управления. Тиристорные усилители мощности обладают меньшей универсальностью по сравнению с транзисторными. Этим объясняется большое количество вариантов схем, отличающихся, как правило, только способами коммутации. Тиристорные усилители могут быть выполнены на базе симметричного триггера с емкостной коммутацией.

Такой вариант усилителя используется для управления ШД при одновременном включении одной обмотки (например, управление трехфазным ШД в последовательности или двух обмоток (управление четырехфазным ШД если усилитель может быть выполнен из целого числа двустабильных триггеров. Шести- и восьмитактные блоки управления могут быть созданы из несимметричных триггеров. Колебательный контур LC, обеспечивающий коммутацию тиристоров, исключает влияние нагрузки на перезаряд конденсатора С.

Это обстоятельство позволяет выбирать балластное сопротивление или совсем исключить его; к. п. д. блока управления в этом случае значительно увеличивается. Встречное напряжение позволяет ускорить процесс спадания тока при ограниченных перенапряжениях. Блок управления с разнополярной коммутацией фазных обмоток ШД является более сложным, чем все рассмотренные схемы, но его применение улучшает энергетические показатели шагового привода. Форсирование с "отсечкой" возможно только в том случае, если управление тиристором сохраняется в течение всего рабочего такта.

Для этого могут быть использованы источники частоты (400-1 000 гц) промышленности
переменного тока которые применяются усилителя мощности от источника переменного тока позволяет регулировать угол включения тиристора, изменяя тем самым среднее значение напряжения на обмотке ШД.
Величина питающего напряжения определяется требуемой форсировкой, а его частота должна превышать максимальную рабочую частоту ШД. Частотный диапазон работы усилителя можно расширить, если осуществить его питание двухполупериодным выпрямленным напряжением. Каждая обмотка управления шунтируется цепочкой. С, что обеспечивает непрерывный ток в течение такта.

Диод Д устраняет колебания тока в фазе. Тиристор Т открывается только после снятия отрицательного сигнала, поступающего от распределителя. Напряжение со вторичной обмотки трансформатора Тр подается на управляющий переход тиристора через обмотку дросселя Др, выполненного на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса. Угол включения тиристора определяется значением индукции сердечника в начале каждого рабочего полупериода, которое в свою очередь зависит от состояния транзистора обратной связи ПТ. Если ток в обмотке ШД меньше номинального, то обратная связь не работает.

При этом дроссель насыщен, что обеспечивает угол включения тиристора, близкий к нулю, т. е. максимальное напряжение на нагрузке. Когда ток превысит номинальное значение, триод ПТ открывается, увеличивается ток в размагничивающей обмотке дросселя Др, в результате чего увеличивается угол включения и снижается напряжение на обмотке ШД. Заданное значение тока устанавливается потенциометром. Она обеспечивает широтно-импульсное поддержание тока нагрузки благодаря релейной обратной связи. Главным элементом цепи обратной связи является четырехобмоточный трансформатор, выполненный на сердечнике с прямоугольной петлей гистерезиса.

Управляющий импульс открывает тиристор Ти и напряжение источника питания прикладывается к нагрузке. Если кратность форсировки достаточно большая - 5-10, то закон нарастания тока будет близок к линейному. Импульс на обмотке w2 откроет тиристор что приведет отключению. Разрядная цепь обеспечивает необходимый темп спадания тока нагрузки. При уменьшении тока произойдет повторное перемагничивание сердечника из точки в точку; тиристор включится и ток нагрузки снова начнет увеличиваться.

Рассмотренный процесс импульсного поддержания тока будет продолжаться до тех пор, пока ключ К в цепи обмотки ш3 закрыт. Открывание ключа К приводит к срыву генерации и полному отключению нагрузки. Дроссель La и коммутирующие конденсаторы С образуют последовательный колебательный контур. Заряд конденсатора С током дросселя приводит к увеличению напряжения выше номинального. Время, в течение которого напряжение на конденсаторе превышает напряжение источника питания, определяется параметрами схемы.

Питание усилителей мощности осуществляется от источников переменного напряжения промышленной частоты 50 гц и повышенной, а также от источников постоянного напряжения. Помимо основных требований, предъявляемых к такого рода устройствам, источники питания для ШД должны обеспечивать устойчивую работу при импульсной нагрузке, инверторный режим работы, если усилитель обеспечивает возврат энергии, накопленной магнитным полем ШД, пульсации постоянного питающего напряжения не более 5-10%.


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