Кенио Т. Шаговые двигатели и их микропроцессорные системы управления, страница 27

Если двигатель работает при однофазном управлении с одношаговым углом коммутации, то статический момент будет меняться со временем, как показано на рис. 73, б толстыми линиями. Заметим, когда ротор достигает положения равновесия фазы, возбужденной в настоящий момент, она отключаетсп и подключаетсп следующая. На рис. 7.3, в показан спу- 1 чай угла коммутации в 1 — шага, который дает максимальное значение 4 момента при синусоидальном его изменении от угла.

Если и дальше увеличивать угол коммутации, значение статического момента будет понижаться (см. рис. 73, г, д). На рнс. 7.4 приведен атучай четырехфаэного двигателя, который показывает, что значение момента становится максимальным при угле коммутации 1,5 шага.

7.23. Большве углы коммутацви дпя высокнх частот врвщевня. Из рис. 7.3„!) видно, что значение статического момента, развиваемого трехфазным двигателем, равно нулю, если угол коммутации равен 2 шагам. Аналогично четырехфвзный ШД с углом коммутации 2,5 шага создает нулевой статический момент, Однако зти утверждения верны только для случая, когда частота вращения мала.

Если двигатель вращается, то при этих углах коммутации создшотся моменты, достаточные для ускорения или поддержания заданной частоты вращения. Зто происходит ю-за постоянной времени обмоток. Кривые распределения момента на рис. 73 и 7.4 построены в предположении, что ток достш ает своего максимапьюго значения мгновенно, как только вкпючаетсп транзистор. В действительности же существует временная задерласа достижения током своего максимального значения ю-за наличия индуктивности обмотки. ! ! — Зла лао 161 воза Г возит Вагиз Поло гния Поанодггия гоз ваза Рк* 7. 3.

Сооткошеиие мехшу утлом коммутации и статическим зюментом в трехфазном декгатене: а — хермггернсгики дпз каннов нз фзз; в-д — резвичиые упиа коммутации от 1 ио 2 пнгив: 1 — фаза 2 откизмеиз в шшожении рзвновеаш фазы 1; 2 — фаза 3 от квнчеие и поношении ркеновмэн фазы 2 Ри с. 7. 4. Соотношенае ммхду углом коммушцпи и сштнчеаким момекпзм в четмрехфозном двкгзтепе На рис. 7.5 соотюшение между напряжением и током приведено дпя трех разпичных шатовых частот вращения: низкой (и), средней (б) и высокой (е). Ток, проходящий через обмотки за период, когда транзистор вкпвшен, создает положительный момент дпя ускорении двигатепя. С другой стороны, ток, цнркупнрующий в обмотке и диоде обратного тока поспе отключения транзистора, может быль причиной появленив тормозного момента, Если частота вращения мала, то действие тормозного момента незначительно.

Однако при повышении частоты вращении, как зто ясно из рис. 7.5, б и и, време действия поножитепьного момента становится сравнительно небольшим и средний момент донжеи уменьшаться. Таким обшгзом, макснмапьный момент недостаточно веник дпя того перюда ускорения, который существует нри значенюгх угла коммутации, близких к 1 шагу.

Момент и максимапьная частота вращения возрастают при увеличении утка коммутации, так как начапьное время возрастания тока компенсируется более ранним вкнючением обмотки, как показано на рис. 7.6. В [1[ проведен теоретичес- 162 Налаяюение а) кг а) ~~~ — век — — ем д) Р и с.

7. б, Изменмше момента лри уве. лнчешш угла коммушцви в диапазоне больных частот врицешш: А — ускореиве; Б — торможение: а— 1 шаг, 6 1,5 вмга Р н с 7. 5. Свазь мезшу напрэжевием и током при одношаговем угле коммутацнн: А — ускорение; Б — торможение 2 5 угас хагзчустааии, шаг Р и с. 7. 7. Зааиохмосш максимал вой частоты вращении от упга комму- таам, измерением Елл пгбрндвого В1Л с углом шага 1,В луш двухфазном улраавмшп l 55 с02550 Эзаа ааимутааии, шаг Рм с.

7. В. Завмгимость маниакальной частоты врапгенин от Угтм коммутации, азмерениал дла гибрццлого двигатели с упюм пмгв 1,В при комбинации одно- и Шзухфезвого управленим 163 11ь с2 сф ч Г В яд ~В „3 У5 В ч ч ч„уа чю чФ 5 ааааа 2 3 Эата а 2 леала .Ьl йтыипаа авелей ееамелт 3 а1 ) Рп с. 7.9. Опуепепевве ьтва коммутацав пра лаухфыпом уврмпепни трехфезвым 1бд: 1 — попопевве раеповммв с возбуплеваьват фазамв 1 в 21 2 — пожпаевве ум вовелпа с возбуктмпнымп бмзама 2 к 31 3 — пововявве рзвповеои е воабувпыввымп фазамв 3 в 11 4 — фаза 1 вкпвчещ а фаза 3 омотвмевв пока, фаза 2 остаетса возбукпеппоп кнй анализ влпяиня угла коммутации на характеристику реактавного двигателя.

На рис. 7.7 [2[ приведен пример зависимости максимальной васюты вращения от угла коммутации, юмерепноп дла четырехфазного гибридного ЬЩ при двухфазном управлении. В этом спучае максимальнал частота вращения при угле коммутацви, равном 1,0 шагу„составляет около 1000 Гц и повышается до 14000 Гц прн 3,2-шаговом угле коммутации. На рнс. 7.8 приведен другой пример, в котором угол коммуташщ меняется не непрерывно, а дискретно прпращенивми по 0,5 шага в двапвзоне от 1,0 дэ 3,0 шага. При 1,5-шмоном п 2,5-шаговом углах коммутации нсюльзовэпось однофазное управление, а при 1,0, 2,0 и 3,0.шаговом — двухфазное.

Максимальная частота вращения выше 25 кГц доствгаетсв прн 3,0-шаговом угле коммутации. Теквяческие особенности последнао случая рассмотрены в 7.25. 7.2.4. Опрснплевне угла коммутацвв ирн двухфазном управлавип. Влияние угла коммутация на характервстики двигателя до сих пор ршсматрпввлось дпя однофазпых схем управления. Но угол коммутыпш может быль также опраделен н дла двухфазного управпевпя.

На рис. 7.9, а приведены зввпсвмостп статического момента от углового положения, аппрокспмированнме снпусовдальньпви крпвымп, когда возбудив дены лле нлп три фазы. Положспяя равновесна указаны на том же ри. сунне. Когда ротор достигает положения равновесна с возбуащепвммн фшамп 1 н 2, фаза 1 отклпмается, а 2 остаетсп включенной. Это управление с одношаговым утлом коммугацшт. На рю. 7.9, б щшвещны завпспмости момента дпя случая 1,5.шагового угла коммугацпн. 7.2.5. Комбпвацив одвофаышго и двухфазного ущшвияанп. Количество выходных импульсов датчика положения ротора за ошш оборот намного больше, чем число шагов, поэтому трудно юменать угол коммутаплн непрерывно.

Например, если двя дшчика положения число возможных шппульсов н шагов ШД за один оборот рвано 200, то возможный набор углов коммутации будет равен О, 1, 2 и 3 вли 0,5, 1,5, 2,5 и 3,5 шага. Какой из пях выбрать, завпсвт от взаимного положевпя датчика и ротора, а также схемм управления. Однако прп использования как однофазной, так и двухфазной схемы управлепвп сястема может использовать восемь разлвчных углов коммущпни.

Эта идея была вьщвппута в [3] в 1967 г. 1бе 4 Р и с. 7. 11. Приняли работы олшческого датчика наложении ротора: 1 — еращэющийся шсск; 2 — неподлинная маска; 3 — чунсшнмльньш элемент, "4 — нсточннк сесть Р и с 7. 10. Кояфигуряшл оптического датчике обратной челси оо лолоксинис 1 — оптический дчэшск ноионсннл ротора; 2 — шегоиый юигэтслгы 3 — логнчссквй блок; 4 — обмотки; 5 — асгнэл улрэнлснил упшм коммутэлин Далин положения, представленный в этой работе, является комбинацией непрозрачного диска с 50 маленькими отверстиями, находящимися на 7,2 друг от друга, и четырех пар фототрзнзистор — источник света. В настоящее время для этих целей широко используют многоканальные оптические датчики.

При вмборе угла коммутации для комбннировюпюго способа управленлл (одно- и двухфазного), будет использоваться трехканальный олтичсский датчик с разрешающей способносгъю 200 импульсов за один оборот. На рис. 7ЛО показзна модель аналогичного датчика, установленного непосредственно на валу двигателя. Для простотм показан только один канал.

Принцип работы оптического датчика положения ротора показан на рнс. 721. На диске 1 чередуются прозрачные и непрозрачные сектора. Так он вращается вместе с валом двигателя, маска 2 периодически пропускает нлн блокирует свет. Выходной сигнал датчика форыируется в требуемом виде как цифровой сигнал. Одно из возможных соотношений между выходным сигналом датчика и положениями равновесии при однофазном управлении приведено на рис. 7.12. Датчик установлен на валу ротора так, что положения равновесия оказываются в центрах интервалов Н-уровня при выходном сигнале в канале А.

Канал А используется дия распознавания напрзвлшшя вращения. Снгнал канала В, сдвинутый на 90' по отношению к А, используется для генерации временных импульсов, которые используются кзк сигналы переключения. Здесь юиеются два времен. нйх генератораг СС1 и Сб2. Первый из ннх генерирует отрицательный логический времесной импульс кажгигй рзз, когда сигнал канала В понижается в интервале Н-уровня сигнала А. Второй генериует импульс при возрастании сигнала канала В в интервале 1 уровня сигнала А. Другими словами, Сб1 выдает импульсы при вращснни по, а СС2 против часовой стрелки. Положения ротора, при которых генерируются временнйе импульсы, здесь назывюотся моментами (точками) коммутации. Соотношение между возможными значениями угла коммутации, положшшяьш равновесия при одпофазном управлении и фазами, которые 165 Р1 Рт Ш Ре Р5 51 Ш 5) ХС 55 54 Сб! с, сш УС сплетение саяно!гас Зетами сегемюеение Р к с.