СОДЕРЖАНИЕ (1231068), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Еслиодновременнозапитаныдвеобмоткидвигателя,нотокивэтих обмотках не равны (рис.12), то результирующий момент будет, , а точка равновесия ротора сместится в точку:

(2.4)

где и –момент, создаваемый первой и второй фазой соответственно;

–результирующий момент удержания;

–положение равновесия ротора в радианах;

– угол шага в радианах.

Рисунок 2.7 – Зависимость момента от угла поворота ротора в случае разных значений тока фаз

Смещениеточкиравновесияротораговоритотом,чтороторможно зафиксироватьвлюбойпроизвольнойпозиции.Дляэтогонужнолишьпрвильноустановитьотношениетоковвфазах.Именноэтотфактиспользуется приреализациимикрошаговогорежима.Ещёразнужноотметить,чтоприведенныевышеформулывернытольковтомслучае,еслизависимостьмоментаотуглаповоротароторасинусоидальнаяиеслиниодначастьмагнитнойцепидвигателяненасыщается.

Впределе,шаговыйдвигательможетработатькаксинхронныйэлектродвигательврежименепрерывноговращения.Дляэтоготокиегофаз должныбытьсинусоидальными,сдвинутымидруготносительнодругана 90°. [4]

Результатомиспользованиямикрошаговогорежимаявляетсянамного болееплавноевращениероторананизкихчастотах.Начастотахв2–3раза вышесобственнойрезонанснойчастотыротораинагрузки,микрошаговый режимдаетнезначительныепреимуществапосравнениюсполу-илиполношаговымрежимами.Причинойэтогоявляетсяфильтрующеедействиеинерцииротораинагрузки.Системасшаговымдвигателемработаетподобно фильтрунижнихчастот.Вмикрошаговомрежимеможноосуществлятьтолькоразгониторможение,аосновноевремяработатьвполношаговомрежиме.Ктомуже,длядостижениявысокихскоростейвмикрошаговомрежиметребуетсяоченьвысокаячастотаповторениямикрошагов,которуюневсегда можетобеспечитьуправляющиймикроконтроллер.Дляпредотвращенияпереходныхпроцессовипотеришагов,переключениярежимовработыдвигателя(измикрошаговогорежимавполношаговыйит.п.)необходимопроизводитьвтемоменты,когдароторнаходитсявположении,соответствующем однойвключеннойфазе.

Вомногихприложениях,гдетребуютсямалыеотносительныеперемещенияивысокаяразрешающаяспособность,микрошаговыйрежимспособен заменитьмеханическийредуктор.

Иногдамикрошаговыйрежимиспользуетсядляувеличенияточности величинышагасверхзаявленнойпроизводителемдвигателя.Приэтомиспользуетсяноминальноечислошагов.Дляповышенияточностииспользуетсякоррекцияположенияроторавточкахравновесия.Дляэтогосначаласнимаютхарактеристикудляконкретногодвигателя,азатем,изменяясоотношениетоковвфазах,корректируютположениеротораиндивидуальнодлякаждогошага. Напрактикеприосуществлениикаждогошагароторнесразуостанавливаетсявновомположенииравновесия,аосуществляетзатухающиеколебаниявокругположенияравновесия.Времяустановлениязависитотхарактеристикнагрузкииотсхемыдрайвера.Вомногихприложенияхтакиеколебанияявляютсянежелательными.Избавитьсяотэтогоявленияможнопутем использованиямикрошаговогорежима.

Рисунок 2.8 – Перемещения ротора в полношаговом и микрошаговом режимах

Изрисунка 2.8видно,чтовполношаговомрежименаблюдаютсявыбросыи колебания,втовремякаквмикрошаговомрежимеихнет.Однакоивэтом режимеграфикположенияротораотличаетсяотпрямойлинии.Этапогрешностьобъясняетсяпогрешностьюгеометриидеталейдвигателяиможетбыть уменьшенапутемпроведениякалибровкиипоследующейкомпенсациипутемкорректировкитоковфаз. Напрактикесуществуютнекоторыефакторы,ограничивающиеточностьработыприводавмикрошаговомрежиме.Некоторыеизнихотносятся кдрайверу,анекоторыенепосредственнокдвигателю. Обычнопроизводителишаговыхдвигателейуказываюттакойпараметр,какточностьшага.Точностьшагауказываетсядляположенийравновесияроторапридвухвключенныхфазах,токикоторыхравны.Этосоответствуетполношаговомурежимусперекрытиемфаз.Длямикрошаговогорежима,когдатокифазнеравны,никакихданныхобычнонеприводится. Идеальныйшаговыйдвигательприпитаниифазсинусоидальнымикосинусоидальнымтокомдолженвращатьсяспостояннойскоростью.Уреальногодвигателявтакомрежимебудутнаблюдатьсянекоторыеколебания скорости.Связаноэтоснестабильностьювоздушногозазорамеждуполюсамиротораистатора,наличиеммагнитногогистерезиса,чтоприводиткпо грешностямвеличиныинаправлениямагнитногополяит.д.Поэтомуположенияравновесияимоментимеютнекоторыеотклонения.Этиотклонения зависятотпогрешностиформызубцовротораистатораиотпримененного материаламагнитопроводов.Конструкциянекоторыхдвигателейоптимизированадлянаилучшей точностивполношаговомрежимеимаксимальногомоментаудержания. Специальнаяформазубцовротораистатораспроектированатак,чтобывположенииравновесиядляполношаговогорежимамагнитныйпотоксильно возростал.Этоприводиткухудшениюточностивмикрошаговомрежиме. Лучшиерезультатыпозволяютполучитьдвигатели,укоторыхмоментудержаниявобесточенномсостояниименьше. Отклоненияможноразделитьнадвавида:отклонениявеличинымагнитногополя,которыеприводяткотклоненияммоментаудержаниявмикрошаговомрежимеиотклонениянаправлениямагнитногополя,которые приводяткотклонениямположенияравновесия.Отклонениямоментаудержаниявмикрошаговомрежимеобычносоставляют10–30 %отмаксимальногомомента.Нужносказать,чтоивполношаговомрежимемоментудержанияможетколебатьсяна10–20 %вследствиеискаженийгеометрииротораистатора. Еслиизмеритьположенияравновесияроторапривращениидвигателя поипротивчасовойстрелки,тополучатсянесколькоразныерезультаты. Этотгистерезиссвязанвпервуюочередьсмагнитнымгистерезисомматериаласердечника,хотясвойвкладвносититрение.Магнитныйгистерезис приводитктому,чтомагнитныйпотокзависитнетолькооттокаобмоток,но иотпредыдущегоегозначения.Погрешность,создаваемаягистерезисом можетбытьравнанесколькиммикрошагам.Поэтомуввысокоточныхприложенияхпридвиженииводномизнаправленийнужнопроходитьзажелаемуюпозицию,азатемвозвращатьсяназад,чтобыподходкнужнойпозиции всегдаосуществлялсяводномнаправлении. [4]

Вполнеестественно,чтолюбоежелаемоеувеличениеразрешающей способностинаталкиваетсянакакие-тофизическиеограничения.Нестоит думать,чтоточностьпозиционирования,например,для7,2°двигателявмикрошаговомрежименеуступаетточности1,8°двигателя.

Препятствиемявляютсяследующиефизическиеограничения:

- нарастаниемоментавзависимостиотуглаповоротау7,2градусногодвигателявчетыреразаболеепологое,чемунастоящего1,8-градусногодвигателя.Вследствиедействиямоментатренияилимоментаинерциинагрузкиточностьпозиционированияужебудетхуже;

- какбудетпоказанониже,есливсистемеестьтрение,товследствиепоявлениямертвыхзонточностьпозиционированиябудетограничена;

- большинствокоммерческихдвигателейнеобладаютпрецизионнойконструкциейизависимостьмеждумоментомиугломповоротароторанеявляетсявточностисинусоидальной.Вследствиеэтогозависимостьмеждуфазойсинусоидальноготокапитанияиугломповоротавалабудетнелинейной.Врезультатеротордвигателябудетточнопроходитьположениякаждогошагаиполушага,амеждуэтимиположениямибудутнаблюдаться довольнозначительныеотклонения;

Этипроблемынаиболееярковыраженыдлядвигателейсбольшимколичествомполюсов.Существуютдвигатели,ещёнаэтаперазработкиоптимизированныедляработывмикрошаговомрежиме.Полюсаротораистатора такихдвигателейменеевыраженыблагодаряскошеннойформезубцов.

Иногдаконтроллерышаговыхдвигателейпозволяюткорректировать формувыходногосигналапутемдобавленияиливычитанияизсинусаего третьейгармоники.Однакотакаяподстройкадолжнапроизводитсяиндивидуальноподконкретныйдвигатель,характеристикикоторогодолжныбыть передэтимизмерены.[4]

Из-заэтихограничениймикрошаговыйрежимиспользуетсявосновномдляобеспеченияплавноговращения(особеннонаоченьнизкихскоростях),дляустраненияшумаиявлениярезонанса.Микрошаговыйрежимтакжеспособенуменьшитьвремяустановлениямеханическойсистемы,таккак вотличиеотполношаговогорежимаотсутствуютвыбросыиосцилляции. Однаковбольшинствеслучаевдляобычныхдвигателейнельзягарантироватьточногопозиционированиявмикрошаговомрежиме.

2.1.2Зависимостьмоментаотскорости,влияниенагрузки

Момент,создаваемыйшаговымдвигателем,зависитотскорости,токав обмоткахисхемыдрайвера.Нарисунке 2.9,апоказаназависимостьмоментаот углаповоротаротора.

Рисунок 2.9 ¬¬¬– Возникновение мертвых зон в результате действия трения

Уидеальногошаговогодвигателяэтазависимостьсинусоидальная. Точкиαявляютсяположениямиравновесияроторадлянегруженногодвигателяисоответствуютнесколькимпоследовательнымшагам.Есликвалудвигателяприложитьвнешниймомент,меньшиймоментаудержания,тоугловое положениеротораизменитсянанекоторыйуголφ. [4]

Угловоесмещениеφявляетсяошибкойпозиционированиянагруженногодвигателя.Есликвалудвигателяприложитьмомент,превышающий моментудержания,топоддействиемэтогомоментавалпровернется.Втакомрежимеположениеротораявляетсянеконтролируемым.

Напрактикевсегдаимеетсяприложенныйкдвигателювнешниймомент,хотябыпотому,чтодвигателюприходитсяпреодолеватьтрение.Силы трениямогутбытьраспределенынадвекатегории:статическоетрениеили трениепокоя,дляпреодолениякотороготребуетсяпостоянныймоментидинамическоетрениеиливязкоетрение,котороезависитотскорости.Рассмотримстатическоетрение.Предположим,чтодляегопреодолениятребуется моментвполовинуотпикового.Нарисунке 2.9,а, штриховымилиниямипоказан моменттрения.Такимобразом,длявращенияротораостаетсятолькомомент,лежащийнаграфикезапределамиштриховыхлиний.Отсюдаследуют двавывода:трениеснижаетмоментнавалудвигателяипоявляютсямертвые зонывокругкаждогоположенияравновесияротора(рисунок 2.9, б):

Мертвыезоныограничиваютточностьпозиционирования.Например, наличиестатическоготрениявполовинуотпиковогомоментадвигателяс шагом90°вызоветналичиемертвыхзонв60°Этоозначает,чтошагдвигателяможетколебатьсяот30°до150°,взависимостиоттого,вкакойточке мертвойзоныостановитсяроторпослеочередногошага.

Наличиемертвыхзонявляетсяоченьважнымдлямикрошаговогорежима.Если,например,имеютсямертвыезонывеличинойd,томикрошагвеличинойменееdвообщенесдвинетроторсместа.Поэтомудлясистемсиспользованиеммикрошаговоченьважноминимизироватьтрениепокоя.

2.1.3Разгоншаговогодвигателя

Длятого,чтобыработатьнабольшойскоростиизобластиразгона(рисунок 2.10),необходимостартоватьнанизкойскоростиизобластистарта,азатемвыполнитьразгон.Приостановкенужнодействоватьвобратномпорядке:сначалавыполнитьторможение,итольковойдявобластьстартаможно прекратитьподачууправляющихимпульсов.Впротивномслучаепроизойдет потерясинхронностииположениероторабудетутеряно.Использованиеразгонаиторможенияпозволяетдостичьзначительнобольшихскоростей–в индустриальныхпримененияхиспользуютсяскоростидо10000полныхшаговвсекунду.Необходимоотметить,чтонепрерывнаяработашаговогодвигателянавысокойскоростиневсегдадопустимаввидунагреваротора.Однаковысокаяскоростькратковременноможетбытьиспользованаприосуществлениипозиционирования.

Рисунок 2.10 – Зависимость момента от скорости

Приразгонедвигательпроходитрядскоростей,приэтомнаоднойиз скоростейможностолкнутьсяснеприятнымявлениемрезонанса.Длянормальногоразгонажелательноиметьнагрузку,моментинерциикоторойкак минимумравенмоментуинерцииротора.Наненагруженномдвигателеявлениерезонансапроявляетсянаиболеесильно.

Приосуществленииразгонаилиторможенияважноправильновыбрать законизмененияскоростиимаксимальноеускорение.Ускорениедолжно бытьтемменьше,чемвышеинерционностьнагрузки.Критерийправильного выборарежимаразгона–этоосуществлениеразгонадонужнойскоростидля конкретнойнагрузкизаминимальноевремя.Напрактикечащевсегоприменяютразгониторможениеспостояннымускорением.[4]

2.1.4Резонансшаговогодвигателя

Шаговымдвигателямсвойствененнежелательныйэффект,называемый резонансом.Эффектпроявляетсяввидевнезапногопадениямоментананекоторыхскоростях.Этоможетпривестикпропускушаговипотересинхронности.Эффектпроявляетсявтомслучае,есличастоташаговсовпадаетссобственнойрезонанснойчастотойроторадвигателя.[5]

Когдадвигательсовершаетшаг,роторнесразуустанавливаетсявновуюпозицию,асовершаетзатухающиеколебания.Деловтом,чтосистему ротор–магнитноеполе–статорможнорассматриватькакпружинныймаятник,частотаколебанийкоторогозависитотмоментаинерцииротора(плюс нагрузки)ивеличинымагнитногополя.Этачастотазависитотуглашагаиот отношениямоментаудержаниякмоментуинерцииротора.Большиймомент удержанияименьшиймоментинерцииприводяткувеличениюрезонансной частоты,котораявычисляетсяпоформуле:

(2.5)

где ¬– резонансная частота;

N – число полных шагов на оборот;

– момент удержания для используемого способа управления и тока фаз;

– момент инерции ротора;

– момент инерции нагрузки.

Необходимозаметить,чторезонанснуючастотуопределяетмомент инерциисобственнороторадвигателяимоментинерциинагрузки,подключеннойквалудвигателя.Поэтомурезонанснаячастотаротораненагруженногодвигателя,котораяиногдаприводитсясредипараметров,имеетмаленькуюпрактическуюценность,таккаклюбаянагрузка,подсоединеннаякдвигателю,изменитэтучастоту.[5]

Напрактикеэффектрезонансаприводитктрудностямприработена частоте,близкойкрезонансной.Моментначастотерезонансаравеннулюи безпринятияспециальныхмершаговыйдвигательнеможетприразгоне пройтирезонанснуючастоту.Влюбомслучае,явлениерезонансаспособно существенноухудшитьточностныехарактеристикипривода.

Характеристики

Список файлов ВКР