Кенио Т. Шаговые двигатели и их микропроцессорные системы управления, страница 4

Когда одно данженне включает много шагов, перед логической схемой необходимо включить допопннтельный каасад. Устройство, выполншспюе зтн функ)пш, называется входным контроллером. Входной контроллер поше полу уНвня входного сигнала лосьшает набор опредевешюго числа вынул~сов с эзданнымн нвтервеламн. зв Ряс.

2 т. Лелвстксвыв ласк 213. Особешюств лржменевия шагового двнглюля. В этом парагра. фе рассмотрены особенности управления ШД беэ обратной связи и определены некоторые техвичеасие поняты (термины) . 1. Маленький угол вага. Двягатель проворачивается эа кажюй импульс упрюшения на определенный фиксированный угол. Чем меныве шаг, тем большая частота вращения может быль досшгнута. Одюй пз особсшюстей ШД являетсл то, что они могут обеспечивать маленький шаг. Инженерам важно знать количество патов за одни оборот, т.е. шаговое нгого. Соотлошенне между утлом инга 95 и шаговым числом Я отедующее: 5 - збо!Е,. Двигатели, используемые в пршюдах пгмвольных днсков (рнс. 2.7) печатающих устройств, выполнают 96, 123 илп 132 шага за одни оборот.

Обычно четырехфазные двигатели имеют шаговое число 200. Некоторые прецизионные двигатели обеспечивают 500 или 1000 шагов за ошги оборот. Однако шаг простмх двигателей составляет 90, 45 нлн 15'. 2. Высокая точность частоты вржцения. Зш важнейший параметр, опредепюащий качество ШД. Двигатели конструируют так, побы в ответ на входной импульс онн поворачивались на определенный угол и останавлввались в определенном положении.

В ашу того, по точность позиционирования беэ нагрузки завигжт от параметров (фнзичсскихи конструктивных) ротора и статора, иэ-эа ьюмента нагрузки имеются отклонения от конечного положения. С целью увеличения момента фиксации воздушный зазор между зубцами ротора н сштора выполняется минимальным. Точиость позиционирования звви<нт пюько от характерисшк двигажня я инвертора, в то время как другие параметры схемы управления на нее не влияют. 21 Рассмотрим ряд необходимых здесь понятий: максимитьный статический момеят, положения, в которых ротор перестает !юнгаться, и точность позиционирования этих положений. Дпя определения каждого из этих поняшй существуют две концепцни.

Максимельиьм статический момент !1): а) улерживающнй — определяется как максимальный статический момент, который может быть приложен к валу возбужденного двигателя без последующего вращения; б) фиксирующий — определяется как максимальный статический момент, который может багга приложен к валу невоэбужденного двигателя без последующего вращения. Как правило, чем выше удерживающий момент, тем меньше ошибки позиционирования, вызванные нагрузкой (см.

2.5.1). Фиксирующий момент присутствует только в двигателях, имеющих постоянные магниты. Положения, в которых останавливается ротор: а) конечное положение вли положение равновесия определяются как "положеняя, в которых останавливается ротор воэбужденнопз, ненагруженного двигателя"; б) положения фиксации определяются как положения, в которых останавливается ротор ШД, имеющий постоянный магнит в невоэбужденном состоянии и при отсутствии нагрузки.

В некоторых двигателях дпя экономии энергии положения фиксации используются ютя позиционирования при невоэбужденных обмотках. Точность позиционирования: а) ошибка углового положения — определяется как макагмальная положительная нли отрицательная ошибка углового положения (по сравнению с нормированным углом шага), которая наблюдается при движении ротора яз одного положения равновеюгя в атедующее; б) точность позиционированяя — макюгмапьная ошибка упювого положения лля конечного положения, относящегося ко всему набору нормированных углов пжга, которые выполняются за полный оборот ротора Примеры этих определений даны в табл. 2.! н 2.2 !2! дня реактивного ШД с шагом 15 соответственно дпя точности позиционирования н ошибки углового положения. Как видно из табл.

2.1, ошибюг находятся в пределах от+0,08 до — 0,03 . Следовательно, точность позицяонирования определяется как 0,08' + 0,03' = 0,11'. Если ошибки отсчитывать относительно третьего положения, отмеченного в табл. 2.1 звездочкой, максимальная ошибка будет равна 0,11'. Эта ошябка яногда выражается как з0,055', так как можно найти положение, опюсительно которого ошябки будут располагаться в пределах от 0,055 до -0,055'.

Кюс видно яз таба, 2.2, ошибки лежат в пределах от е0,11 до -0,09'. Следовательно, ошибка углового положешш равна 0,1 1'. Хотя по стечению обсшятельства обе ошибки имеют одинаковые значения, точность.поягпяоннровання обычно выше, чем ошибка упювого положения. 3. Высокое отношение втектромагннтного момента к моменту инерции. Желательно, побы ШД в ответ на поступление входного импульса нли последовательности импульсов двигалса с максимальным ускорением. От него требуется не только быстрое начало движения, но и быстрая остановка. Еати во время движения поспедзвательность импульсов 22 Т а б л н ц а 2.

1. Двшисс точности позиционировании, измсрскнмс дая рсвкгиваого двигателя с упюм шага !5 т рзкчс ский угол ибэ э римси. даль- ний Угол Пл Тсорс- гичсский угол .В, Эксис. римсигьл ь. икл угол лв Число В мигов лл ля Число юиьгвв л Ошибка л„— лбб 195,05 + 0,05 209,97 -0,03 225,08 + 0,08 240,00 0 255,05 + 0,05 269,97 -0,03 285,08 + 0,08 300,00 0 3!5,05 + 0,05 329,97 -0,03 345,07 + 0,07 360,00 0 0 0 1 15,00 2» 30,00 3 45,00 4 60,00 5 75,00 6 90,00 7 105,00 8 120,00 9 135,00 10 150,00 1! 165,00 12 180,00 "Отсчет ошибки аеас!се относительно трстмго положении. Т а б л а ц а 2.

2. Эи ашики ошибки углового исложсиии, измерсинмв дли реактивного двигателя с углом шага 15 Число шагов в Эксис римси- гьльимй угол шага б!! Число шьгов в Эксисримси. гьльнь!й уГОл б Ошиб"ьь Р!! — ! 5 Ошибки, '» би — 55 15,04 14,92 15Д! ! 4,92 15,05 14,92 15,11 ! 4,92 15,05 14,92 15,11 14,93 управления прервется, двигатель должен остановиться в положении, определяемом последним импульсом. Ранее было показано, что 5щя этого отношение злск ! Ромагиитного момента к моменту инерции ротора должно быть для ШД выше, сем дпя обычного электрического двигателя.

4. Шаговая частота вращения л частота импульсов. Частота вращения задается числом шагов в секунду, л вместо показатели "частота вращения" часто используется термин "шаговая частота вращения". В силу 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 !О 11 !2 0 15,06 14,91 15,1 0 14,93 15,06 14,91 15,10 14,94 15,04 14,92 15,1 0 14,94 0 0 15,06 + 0,06 29.97 -0,03 45,07 + 0,07 60.00 0 75,06 +0,06 89,97 -0,03 105,07 + 0,07 120,01 + 0,01 135,05 + 0,05 149,97 — 0,03 165,07 + 0,07 180,07 + 0,01 0 + 0,06 — О.ИУ +0.10 — 0.07 + 0,06 -0.09 +0,10 -0,06 + 0,04 -0.08 +0,10 -О,О6 13 195,00 14 210,00 15 225,00 16 240,00 !7 255,00 1В 270,00 19 285,00 20 300,00 21 315,00 22 330,00 23 345,00 24 360,00 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 + 0.04 — 0,08 +0,11 — 0.08 + 0,05 — 0,08 + 0,11 -0,08 + 0,05 -а,ав +0,11 — 0,07 того, чш ютя большинства ШД число шагов равно чиагу импульсов схемы управления, частота вращения может быть выражена в терминах частоты импульсов.

В книге в качестве единицы шаговой часшты вращения используется герц ((ц1. Следует, однако, отметить, по шаговая частота вращения не определяет точно абсолютную частоту вращения. Часшта вращения для обычных щектрнческих машин выражается в оборотах в минуту; дня реальной частоты вращения ШД рекомендуется тот же термин и единица измерения. Соотношение между часппой вращении н шаговой частотой вращения задается формулой л = 60278, где л — частота вращения, об/мин; г' — шаговая частота вращения; Я— чиаю шагов. 2.2. ЦЛЛССИВИЦЯЦИЦ ИЯГОВЫХ ДВИГЯтцднй В настоящее время используются разные типы электрических машин, и ШД можно разделить на несколько типов в соответствии с их структурой и принципами работы.

2.2.1. Раактнвиые двигатели являются основным типом ШД, применяемым в настоящее время. Конструкцяя реактивного ШД показана на рнс. 23. Дпя облегчения объяснения принцнтюв его действия на рис. 2.9 приведено поперечное сечение простого реактивного ШД.

Это трехфазный двигатель, статор которого имеет шесть зубцов. Каждые деа зубца статора, отстоящие на 180 друг от друга, принадлежат одной фазе; катушки противоположных зубцов соединены последовательно нлн параллельно (на рнс. 2.9 онн соединены последовательно). Ротор имеет четыре зубца. Статор и ротор обычно изготшливают из шнхтованного магннтомягкого материала, но часто используют и массивные рошры.

Материал как статора, так и ротора долнген обладать высокой магнитной проницаемостью и обеспечивать прохождение больпюго магнитного потока. Определим, одинаковые или противоположные направления намагничивания будут иметь зубцы одной фазы статора. Предгюложим, что в на- Рн с 2.8. Разрез олнонакезного реактннного ЮЛ 24 аза 2 Р и с. 2. 9. Поперечное сечение трехфазного ШЛ и схема соедннения обмоток: 1 — обмотка; 2 — сштор; 3 — ротор щем примере они имеют противоположные направления намагничивания.

Таким образом, на рис. 2.9 зубцы 1, П и 1П в возбуждешюм состоянии представляют северный магнитный полюс, а 1; П' и П1' — юлапай. Ток в кюидой фазе управляется в режиме ДА (НЕТ) через пзответствующпе переключатели. Если ток подается в катушку фазы 1 или, другими словами, фаза 1 возбуждена, магнитный поюк будет проходить, как показано на рис. 2.10. Роюр примет такое положение, чю зубцы стаюра 1 и 1' п какие-либо шза зубца ротора усшновятся по одной линии.