Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Режимы работы шаговых двигателей

Режимы работы шаговых двигателей

Характер движения ротора шагового двигателя определяется частотой и характером изменения управляющих импульсов. В зависимости от этого различают следующие режимы работы шаговых двигателей: 1) статический; 2) квазистатический; 3)установившийся; 4) переходный.

Статическим режимом шагового двигателя называется режим, при котором по обмоткам статора протекает постоянный ток, создающий неподвижное в пространстве магнитное поле, а ротор двигателя не вращается. Под действием момента нагрузки ротор лишь отклоняется от положения устойчивого равновесия, соответствующего М=0, на некоторый угол.

Квазистатический режим работы — это режим отработки единичных шагов, при котором переходные процессы, сопровождающие отработку шага, к началу следующего шага полностью заканчиваются и скорость ротора в начале каждого шага равна нулю.

Предельная частота импульсов, при которой еще обеспечивается квазистатическим режим, определяется временем протекания электромагнитных и особенно механических переходных процессов, т. е. временем колебаний (качаний) ротора. Для уменьшения или полного устранения качаний ротора в конце шага применяют различные демпфирующие устройства. Наиболее радикальным методом устранения качаний ротора, а следовательно увеличения предельной частоты квазистатического режима, является гашение ки­нетической энергии, запасенной ротором при отработке шага, которое достигается за счет принудительного или естественного торможения ротора (стартстопное управление).

При принудительном торможении после перевода управляющего импульса с первой обмотки (или группы обмоток) на вторую через некоторый промежуток времени, за который ротор отрабатывает часть шага и запасает определенное количество кинетической энергии, управляющий импульс переводится на первую обмотку. На ротор начинает действовать тормозящий его движение момент. При правильном выборе времени и величины тормозящего момента ротор останавливается в конце шага, после чего управляющий импульс вновь переводится на вторую обмотку и ротор, отработав шаг, фиксируется практически без колебаний.

При естественном торможении отработка шага происходит в два этапа: на первом этапе движение ротора осуществляется за счет положительного синхронизирующего момента, возникающего за счет сдвига МДС статора на часть полного шага; на втором этапе — за счет кинетической энергии, запасенной ротором при отрицательном (тормозном) моменте. При перемещении ротора на величину полного шага МДС сдвигается на оставшуюся часть шага и фиксирует ротор в этом положении. Естественное торможение применимо лишь в тех двигателях, у которых полный шаг делится на несколько элементарных шагов.

Установившийся режим работы шаговых двигателей это режим, соответствующий постоянной частоте управляющих импульсов. Ротор двигателя в установившемся режиме, имея постоянную среднюю скорость, может совершать как периодические, так и непериодические колебания.

При частоте управляющих импульсов большей частоты собственных колебаний (fу>fо) движение ротора сопровождается вынужденными колебаниями с частотой управляющих импульсов. В этом же диапазоне частот при неблагоприятных параметрах двигателя, а также при наличии асимметрии из-за низкокачественного изготовления, могут возникнуть колебания с частотой, близкой к частоте собственных колебаний.

Переходные режимы работы шаговых двигателей — пуск, ускорение, замедление, реверс — являются основными эксплуатационными режимами работы большинства шаговых двигателей. Физические процессы в переходных режимах определяются как параметрами двигателя и его нагрузки, так и начальными условиями, при которых начинается переходный процесс.

Основным требованием, которое предъявляется к шаговым двигателям в переходных режимах, является требование отсутствия потерн шага, т. е. сохранение синхронизма при любом характере изменения частоты управляющих импульсов.

Пуск шагового двигателя обычно осуществляется из положения фиксированной стоянки ротора путем скачкообразного увеличения частоты управляющих импульсов от нуля до рабочей. Пусковые свойства двигателя, как уже говорилось выше, характеризуются частотой приемистости, т. е. максимальной частотой импульсов, при которой возможен пуск без выпадения ротора из синхронизма (без потери шагов). Частота приемистости возрастает с увеличением максимального синхронизирующего момента, уменьшением шага, снижением постоянной времени обмоток, величины нагрузки и момента инерции ротора и приводимых во вращение механизмов.

Торможение ротора обычно осуществляется скачкообразным уменьшением частоты управляющих импульсов от рабочей до нуля. Предельная частота торможения, при которой ротор останавливается без потери шагов, как правило, выше частоты приемисто­сти, что объясняется внутренним демпфированием — электромагнитным тормозным (генераторным) моментом, моментом сопротивления нагрузки и трением в опорах.

Реверс шагового двигателя производится путем изменения последовательности коммутации токов в обмотках, приводящего к изменению направления вращения

магнитного поля. Предельная частота управляющих импульсов, при которой реверс осуществляется без потери шагов, всегда меньше частоты приемистости.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Режимы работы шаговых двигателей.

Характер движения ротора шагового двигателя определяется частотой и характером изменения управляющих импульсов. В зависимости от этого различают следующие режимы работы шаговых двигателей: статический; квазистатический; установившейся; переходный.

Статический режим – это режим, при котором по обмоткам статора протекает постоянный ток, создающий неподвижное в пространстве магнитное поле, а ротор не вращается. Под действием нагрузки ротор лишь отклоняется от положения М = 0 на некоторый угол q. Основной характеристикой этого режима является зависимость статического синхронизирующего момента от угла рассогласования M = f(q).

Квазистатический режим – это режим отработки единичных шагов, при котором переходные процессы от предыдущего такта коммутации полностью затухли и скорость ротора в начале следующего шага равна нулю. Он используется в стартстопных, лентопротяжных и других механизмах, в которых требуется фиксация ротора после каждого шага. Предельная частота управляющих импульсов, при которой еще соблюдается квазистатический режим, определяется временем протекания электромагнитных и особенно электромеханических переходных процессов, т.е. временем колебаний ротора.

Читать еще:  Kia optima сколько масла в двигателе

Для уменьшения или полного устранения качаний ротора в конце шага применяют различные приемы. При принудительном торможении после перевода управляющего импульса с первой обмотки или группы обмоток на вторую через некоторый промежуток времени, в течении которого ротор отработает часть шага и запасет определенное количество кинетической энергии, управляющий импульс вновь переводится на первую обмотку. На ротор начинает действовать тормозной момент. При правильном выборе времени и величины тормозящего момента ротор остановится в конце шага, после чего управляющий импульс переводится на вторую обмотку и ротор, отработав шаг, фиксируется в заданном положении практически без колебаний. При естественном торможении отработка шага происходит в два этапа: на первом этапе движение ротора осуществляется за счет положительного приращения момента; на втором этапе – за счет кинетической энергии, запасенной ротором при отрицательном (тормозном) моменте. При достижении ротором заданного положения ротор фиксируется в этом положении. Естественное торможение возможно лишь в тех шаговых двигателях, у которых полный шаг можно поделить на несколько элементарных шагов.

Установившийся режим – это режим, соответствующий постоянной частоте следования управляющих импульсов.

Переходный режим — это основной эксплуатационный режим работы шагового двигателя. Он включает в себя пуск, реверс, торможение, переход с одной управляющей частоты на другую. Физические процессы в переходных режимах определяются как параметрами двигателя и его нагрузки, так и начальными условиями, при которых начинается переходный процесс. Основное требование к шаговому двигателю в переходных режимах заключается в отсутствии потери шага, т.е. сохранение синхронизма при любом характере изменения управляющих импульсов. Пуск шагового двигателя осуществляется из неподвижного положения ротора, которое он занимает при установившихся значениях токов в обмотках, путем скачкообразного увеличения частоты управляющих импульсов от нуля до рабочей. При этом ротор вначале отстает от поля, затем, ускоряясь, достигает частоты вращения поля, опережает его и вследствие отрицательного синхронизирующего момента снова замедляет свое движение. Вследствие демпфирования колебания скорости вращения быстро затухают, наступает установившийся режим.

Максимальная частота управляющих импульсов, при которой возможен пуск без потери шага, называется частотой приемистости fпр. Частота приемистости растет с увеличением максимального синхронизирующего момента, уменьшением шага, снижением постоянной времени обмоток, нагрузки и момента инерции. Для современных шаговых двигателей fпр = 100 − 1000 Гц. Торможение шагового двигателя осуществляется скачкообразным снижение частоты управляющих импульсов от рабочего значения до нуля. Предельная частота, при которой ротор останавливается без потери шага, как правило, выше частоты приемистости, что объясняется внутренним демпфированием – электромагнитным тормозным моментом, моментом сопротивления нагрузки и трением в опорах. Реверс шагового двигателя производится путем изменения последовательности коммутации токов в обмотках, приводящего к изменению направления вращения магнитного поля на обратное. Предельная частота управляющих импульсов, при которой реализуется реверс без потери шага, всегда меньше частоты приемистости и составляет (0,2-0,5)fпр.

Вопросы для самопроверки

1. Какие электрические машины называются синхронными?

2. Применение синхронных машин.

3. Какой обмоткой создается возбуждение в синхронной машине?

4. Принцип работы синхронного двигателя.

5. Определение и применение шаговых двигателей (ШД).

6. Принцип работы шагового двигателя.

7. Перечислите основные параметры шагового двигателя и дайте их определение.

8. Перечислите режимы работы шаговых двигателей.

9. Дайте определение статического режима работы ШД.

10. Дайте определение квазистатического режима работы ШД.

11. Дайте определение установившегося режима работы ШД.

12. Дайте определение переходного режима работа ШД.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Касаткин, А. С. Общая электротехника. / А. С. Касаткин А, А. В. Немцов. – М.: Энергоатомиздат, 1983. -480с.

2. Электротехника /Под ред. В.Г.Герасимова, 3-е изд. – М.: Высшая школа, 1985. -480с.

3. Штелтинг , Г. Электрические микромашины: Пер. с нем. /Г. Штелтинг, А. Байссе. –М.: Энергоатомиздат, 1991. –229с.

4. Токарев, В.С. Электрические машины./В. С. Токарев – М.: Высшая школа. 1990. -624с.

5. Вольдек, А. И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы. /А. И. Вольдек, В. В. Попов. –С-Пб.: Изд. дом «Питер», 2008. –320с.

6. Копылов, И. П.Электрические машины. /И. П. Копылов. –М.: Высш. шк., 2009. –607с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

В.1. Принцип действия электрических генераторов и двигателей ………. 3

В.2. Электромеханическое преобразование энергии………………………. 5

В.3. Классификация электрических машин…………………………………..7

1.1. Основные понятия и определения………………………………………..9

1.2. Принцип работы трансформатора…………………………………..…..11

1.3. Режимы работы трансформатора………………………………………..13

1.3.1. Режим холостого хода…………………………….. ……………14

1.3.2. Режим короткого замыкания……………………………………16

1.4. Схема замещения и уравнения электромеханического

состояния трансформатора…………………………………………. ………20

1.5. Внешняя характеристика трансформатора……………………………..22

1.6. Потери мощности и КПД трансформатора……………………………..26

1.7. Особенности работы трехфазных трансформаторов…………………..28

1.8. Трансформаторы специального назначения……………………………30

1.8.2. Трансформаторы для дуговой сварки………………………….32

1.8.3. Измерительные трансформаторы………………………………33

2. Машины постоянного тока (МПТ). ……………………………………. 40

2.1. Назначение и устройство машин постоянного тока…………. ………40

2.3. Преобразование энергии в МПТ……………………………………. …47

2.4. Потери мощности и КПД машины постоянного тока…………………50

2.5. Способы возбуждения и классификация МПТ…………………………52

Читать еще:  Давление масла в двигателе ниссан патрол

2.6. Реакция якоря и коммутация в МПТ……………………………………53

2.7. ЭДС якоря и электромагнитный момент МПТ…………………………54

2.8. Работа двигателя постоянного тока (ДПТ)……………………………..56

2.8.1. Механическая характеристика ДПТ……………………………57

2.9. Регулирование скорости вращения ДПТ……………………………….60

3.1. Определение и назначение АД………………………………………….68

3.3. Вращающееся магнитное поле…………………………………………..71

3.4. Принцип действия асинхронного двигателя……………………………73

3.5. Режим идеального холостого хода ……………………………………..74

3.7. Скорость вращения поля ротора…………………………………. ……75

3.8. Вращающий момент асинхронного двигателя…………………………77

3.9. Механическая характеристика асинхронного двигателя………. ……80

3.10. Пуск асинхронного двигателя…………………………………….……82

3.10.1. Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором……………….82

3.10.2. Пуск двигателя с фазным ротором……………………………83

3.11. Однофазные и двухфазные АД…………………………………. ……85

3.11.1. Однофазные асинхронные двигатели…………………………85

3.11.2. Двухфазный асинхронный двигатель…………………………88

3.12. Асинхронный тахогенератор…………………………………………. 89

4.1. Назначение и устройство синхронных машин…………………………96

4.2. Принцип работы синхронного генератора……………………………..97

4.3. Принцип работы синхронного двигателя………………………………98

4.4. Пуск синхронного двигателя……………………………………………99

4.5. Шаговый синхронный двигатель………………………………………100

4.5.1. Принцип действия однофазного шагового двигателя……….101

4.5.2. Реверсивные шаговые двигатели……………………………. 102

4.5.3. Индукторные шаговые двигатели……………………………..103

4.5.4. Основные параметры и характеристики

4.5.5. Режимы работы шаговых двигателей…………………………106

Список рекомендуемой литературы………………………………………..109

Светлана Ивановна Николаева

Режимы работы шаговых двигателей

Характер движения ротора ШД определяется частотой и характером изменения управляющих импульсов. В зависимости от этого различают следующие режимы работы шаговых двигателей: статический; квазистатический; установившейся; переходный.

Статический режим – это режим, при котором по обмоткам статора протекает постоянный ток, создающий неподвижное в пространстве магнитное поле, а ротор не вращается. Под действием нагрузки ротор лишь отклоняется от положения М=0 на некоторый угол q. Основной характеристикой этого режима является зависимость статического синхронизирующего момента от угла рассогласования M=f(q) (см.рис.3.5).

Квазистатический режим – это режим отработки единичных шагов, при котором переходные процессы от предыдущего такта коммутации полностью затухли и скорость ротора в начале следующего шага равна нулю. Он используется в стартстопных, лентопротяжных и других механизмах, в которых требуется фиксация ротора после каждого шага.

Предельная частота управляющих импульсов, при которой еще соблюдается

квазистатический режим, определяется временем протекания электромагнитных и особенно электромеханических переходных процессов, т.е. временем колебаний ротора. Для уменьшения или полного устранения качаний ротора в конце шага применяют различные приемы.

При принудительном торможении после перевода управляющего импульса с первой обмотки или группы обмоток на вторую через некоторый промежуток времени, в течении которого ротор отработает часть шага и запасет определенное количество кинетической энергии, управляющий импульс вновь переводится на первую обмотку. На ротор начинает действовать тормозной момент. При правильном выборе времени и величины тормозящего момента ротор остановится в конце шага, после чего управляющий импульс переводится на вторую обмотку и ротор, отработав шаг, фиксируется в заданном положении практически без колебаний.

При естественном торможении отработка шага происходит в два этапа: на первом этапе движение ротора осуществляется за счет положительного приращения момента, возникающего при сдвиге НС статора на часть полного шага; на втором этапе – за счет кинетической энергии, запасенной ротором при отрицательном (тормозном) моменте. При достижении ротором заданного положения НС сдвигается на оставшуюся часть шага и фиксирует ротор в этом положении. Естественное торможение возможно лишь в тех ШД, у которых полный шаг можно поделить на несколько элементарных шагов.

Повысить предельную частоту квазистатического режима можно путем увеличения числа обмоток статора или числа тактов коммутации. Во всех этих случаях снижается угол перемещения и кинетическая энергия ротора, что уменьшает его склонность к качаниям.

Установившийся режим – это режим, соответствующий постоянной частоте следования управляющих импульсов. При частоте управляющих импульсов f1, меньшей частоты собственны колебаний двигателя f, движение ротора носит колебательный характер, что увеличивает динамическую ошибку при отработке заданного перемещения.

При малых возмущениях частота собственных колебаний ротора

,

где Mmax – максимальный статический синхронизирующий момент; Jp ,Jн– момент инерции ротора и нагрузки, приведенные к валу двигателя; р –число пар полюсов.

При значительных возмущениях

.

При частоте управляющих импульсов f1=f/k, где k – целое число, возникает явление электромеханического резонанса, которое при слабом демпфировании колебаний может привести к нарушению нормального движения ротора и выпадению его из синхронизма. При f1>f имеют место вынужденные колебания с частотой управляющих импульсов; амплитуда их монотонно уменьшается с увеличением частоты. Для устойчивой работы ШД необходимо, чтобы Mн/Mmax £ 0,3¸ 0,5, a Jн/Jp £ 1¸ 2.

Переходный режим – это основной эксплуатационный режим работы ШД. Он включает в себя пуск, реверс, торможение, переход с одной управляющей частоты на другую. Физические процессы в переходных режимах определяются как параметрами двигателя и его нагрузки, так и начальными условиями, при которых начинается переходный процесс.

Основное требование к ШД в переходных режимах заключается в отсутствии потери шага, т.е. сохранение синхронизма при любом характере изменения управляющих импульсов.

Пуск шагового двигателя осуществляется из неподвижного положения ротора, которое он занимает при установившихся значениях токов в обмотках, путем скачкообразного увеличения частоты управляющих импульсов от нуля до рабочей. При этом ротор вначале отстает от поля, затем, ускоряясь, достигает частоты вращения поля, опережает его и вследствие отрицательного синхронизирующего момента снова замедляет свое движение.

Читать еще:  Что такое бесколлекторный двигатель для автомоделей

Вследствие демпфирования колебания скорости вращения быстро затухают, наступает установившийся режим.

.

Максимальная частота управляющих импульсов, при которой возможен пуск без потери шага, называется частотой приемистости fпр.Частота приемистости растет с увеличением максимального синхронизирующего момента, уменьшением шага, снижением постоянной времени обмоток, нагрузки и момента инерции. Для современных ШД fпр = 100¸1000 Гц.

Торможение шагового двигателя осуществляется скачкообразным снижение частоты управляющих импульсов от рабочего значения до нуля. Предельная частота, при которой ротор останавливается без потери шага, как правило, выше частоты приемистости, что объясняется внутренним демпфированием – электромагнитным тормозным моментом, моментом сопротивления нагрузки и трением в опорах.

Реверс ШД производится путем изменения последовательности коммутации токов в обмотках, приводящего к изменению направления вращения магнитного поля на обратное. Предельная частота управляющих импульсов, при которой реализуется реверс без потери шага, всегда меньше частоты приемистости и составляет (0,2¸0,5) fпр.

Режимы работы шаговых двигателей

Характер движения ротора шагового двигателя определяется частотой и характером изменения управляющих импульсов. В зависимости от этого различают следующие режимы работы шаговых двигателей: статический; квазистатический; установившейся; переходный.

Реализуется, когда по обмоткам протекает постоянный ток, создающий неподвижное поле.

Характеризуется статическим синхронизирующим моментом стремящимся возвратить ротор в первоначальное положение. ( Режим удержания ). Основной характеристикой этого режима является зависимость статического синхронизирующего момента от угла рассогласования M = f(q).

Режим отработки единичных шагов. Характерен тем что все переходные, обычно колебательные, процессы заканчиваются перед началом следующего шага. Частота шагов в этом режиме ограничена временем затухания колебаний. Повысить её можно введением дополнительных устройств. (Применяется там, где подобные колебания недопустимы.)

Режим, соответствующий постоянной частоте следования управляющих импульсов. При частоте управляющих импульсов f1, меньшей частоты собственны колебаний двигателя f0, движение ротора носит колебательный характер, что увеличивает динамическую ошибку при отработке заданного перемещения. При малых возмущениях частота собственных колебаний ротора где Mmax – максимальный статический синхронизирующий момент; Jp ,Jн- момент инерции ротора и нагрузки, приведенные к валу двигателя; р –число пар полюсов. При значительных возмущениях При частоте управляющих импульсов f1 = f0/k, где k – целое число, возникает явление электромеханического резонанса, которое при слабом демпфировании колебаний может привести к нарушению нормального движения ротора и выпадению его из синхронизма. При f1> f0 имеют место вынужденные колебания с частотой управляющих импульсов; амплитуда их монотонно уменьшается с увеличением частоты. Для устойчивой работы шагового двигателя необходимо, чтобы

Применение

Шаговые электродвигатели применяются в приводах машин и механизмов, работающих в старт-стопном режиме, или в приводах непрерывного движения, где управляющее воздействие задается последовательностью электрических импульсов, например, в станках с ЧПУ. В отличие от сервоприводов, шаговые приводы позволяют получать точное позиционирование без использования обратной связи от датчиков вращения.

Главное преимущество шаговых приводов — низкая цена, в среднем в 1,5-2 раза дешевле сервоприводов. Шаговый привод как недорогая альтернатива сервоприводу наилучшим образом подходит для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика.

Заключение

Электрические машины малой мощности имеют, как правило, закрытое конструктивное исполнение, рассчитанное на работу в любом положении в пространстве, длительные сроки сохраняемости. Конструкция этих машин и специфика их применения в аппаратуре исключают возможность их ремонта в процессе эксплуатации. Все ЭМММ рассчитаны на работу в условиях воздействия жесткого комплекса внешних факторов (механических, климатических и др.). Они отличаются повышенной надежностью, обеспечивающейся специальной технологией изготовления и системой контроля качества.

Особенностью применения ЭМММ в аппаратуре является то, что они, как правило, не дублируются, замена их требует весьма трудоемких операций, связанных с регулировкой механических соединений и электромеханических параметров.

Системы параметров и характеристик большинства видов ЭМММ обладают существенными особенностями по сравнению с системами параметров машин средней и большой мощности, что обусловлено в основном спецификой назначения и функционирования ЭМММ. Приводятся данные, наиболее важные для потребителей машин: электрические и электромеханические параметры, характеризующие функциональные свойства различных видов машин; данные о стойкости ЭМММ к воздействию основных механических и климатических факторов, имеющих место в эксплуатации; габаритные и установочно-присоединительные размеры, масса, число фаз, схемы включения .

Список используемой литературы

1. Кацман М.М. « Электрические машины. Учебник», М., 2003 г.

2. Брускин Д.Э., Зорохович А.Е., Хвостов В.С. Электрические машины: Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1987.

3. Ермолин Н.П. Электрические машины малой мощности. – М.: Высшая школа, 1961. – 503 с.

4. Карпенко Б. К Шаговые электродвигатели. М.: 1990

5. Ратмиров В. А., Ивоботенко Б. А. Шаговые двигатели для систем автоматического управления М.: 1962.

6. www. wikipedia.ru

Приложение 1

Рис. 2. Виды и функциональное назначение электрических машин малой мощности

Приложение 2

Рис. 2.1. Основные области применения электрических машин малой мощности

[1] Глоссарий.ru.Словарь по естественным наукам:Электрическая машина.

[2] (Материал из Википедии.) Ша́говый электродви́гатель — это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток подаваемый в одну из обмоток статора вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector