
- •Томск – 2010 Содержание:
- •Введение
- •Автоматизированный электропривод
- •Механические характеристики электродвигателей
- •Механические характеристики производственных механизмов
- •Механическая характеристика электродвигателя и производственного механизма
- •Механика электропривода
- •Управление движением электропривода
- •Механические характеристики
- •Регулирование координат электропривода
- •3.1. Основные уравнения
- •3.4 Характеристики и режимы при последовательном возбуждении
- •3.5. Номинальный режим. Допустимые значения координат
- •3.6. Регулирование координат в разомкнутых структурах
- •3.7 Регулирование координат в замкнутых структурах
- •3.8 Технические реализации. Применения
- •Силовые схемы электропривода постоянного тока
- •3. Вентильные преобразователи напряжения постоянного тока
- •Датчики положения
- •16.8. Потенциометрические преобразователи
- •Индукционные машины систем синхронной связи - сельсины
- •16.6. Фотоэлектрические преобразователи
- •Вращающиеся трансформаторы
- •Глава 18. Системы отсчета и передачи угла
- •Датчики скорости - тахогенераторы
- •19.5. Фотоимпульсные измерители частоты вращения
- •Датчики тока и потокосцепления
- •Формирование механических характеристик электродвигателей с помощью обратных связей по выходным координатам
- •Корректирующие устройства
- •23.1. Активные корректирующие устройства
- •23.2. Пассивные корректирующие устройства
- •23.3. Цифровые корректирующие устройства
- •23.4. Параллельные корректирующие устройства
- •23.5. Нелинейные и псевдолинейные корректирующие устройства
- •28.2. Последовательные цифровые корректирующие звенья
- •28.3. Параллельные корректирующие звенья
- •28.4. Динамические регуляторы
- •Вентильные электроприводы
- •11 1. Вентильные электродвигатели систем автоматического регулирования
- •11.2. Момент вращения вентильного электродвигателя
- •11.3. Силовые схемы вентильных электроприводов
- •11.4. Передаточная функция вентильного электродвигателя
- •Лекция 13 шаговые двигатели Общие сведения о шаговых двигателях
- •Реверсивные шаговые двигатели
- •Режимы работы и характеристики
- •Силовые схемы шагового электропривода
- •9.1. Асинхронные электродвигатели систем автоматического регулирования
- •9 .2. Расчетная схема и дифференциальные уравнения
- •9.3. Уравнения состояния и структурная схема асинхронного электродвигателя
- •9.4. Передаточная функция асинхронного электродвигателя
- •9.5. Вращающий (электромагнитный) момент асинхронного
- •9.6. Режимы работы асинхронных машин
- •6.4. Автономные управляемые инверторы
- •Электропривод "РэмТэк-03"
Режимы работы и характеристики
В зависимости от частоты подачи импульсов управления различают следующие режимы работы ШД: статический, квазистатический, установившийся и переходные.
Статический режим соответствует протеканию по одной из фазных обмоток постоянного тока, создающего неподвижное магнитное поле и характеризуется статическим синхронизирующим моментом, который в первом приближении можно считать синусоидальным.
Квазистатический режим (режим отработки единичных шагов) характеризуется тем, что переходный процесс (обычно колебательный), к началу следующего шага заканчивается, т. е. угловая скорость ротора в начале каждого следующего шага равна нулю. Он используется в различных стартстопных, лентопротяжных и других механизмах, где требуется фиксация ротора после каждого шага.
Установившийся режим работы ШД соответствует постоянной частоте управляющих импульсов.
Переходные режимы имеют место при пуске, торможении и реверсе ШД.
Обычно пуску ШД соответствует
скачкообразное изменение частоты
импульсов от нуля до рабочей. Переходный
процесс, как правило, идет с перерегулированием
по скорости. Максимальную частоту
управляющих импульсов, при которой
возможен пуск ШД без потери шага, называют
частотой приемистости
.
Частота
растет с увеличением синхронизирующего
момента, уменьшением углового шага,
снижением постоянной времени обмоток
и нагрузки.
Торможение ротора осуществляют скачкоообразным снижением частоты управляющих импульсов до нуля. Предельная частота управляющих импульсов, при которой торможение осуществляется без выбега, как правило, выше .
Реверс ШД производят путем изменения последовательности коммутации токов в фазах, т.е. изменением направления вращения поля статора. Предельная частота следования импульсов, при которой возможен реверс без потери синхронизма всегда ниже .
Силовые схемы шагового электропривода
На рисунке приведена силовая схема питания фаз ШД при однополярном управлении и параллельном включении фаз с транзисторными ключами.
Другая схема представляет тиристорный
коммутатор с искусственной коммутацией.
Здесь тиристоры Т1-Т4 обеспечивают парную
коммутацию обмоток ШД ОУ1-ОУ4 при которой
в каждый момент включены 2 фазы из 4.
Тиристоры Т1-Т3, а также Т2-Т4 образуют
схемы двух триггеров, в которых
переключение тиристоров происходит с
помощью колебательных контуров
.
Пусть тиристор Т1 открыт и запитана
обмотка ОУ1. Конденсатор
заряжен до напряжения питания с плюсом
на правой обкладке. Когда поступит
управляющий импульс на Т3, он откроется
и по обмотке ОУ3 потечет ток. В то же
время по цепи
происходит быстрый перезаряд конденсатора
и при смене знака тока через тиристор
Т1 последний закроется.
Особенности динамики работы ШД.
Отработка единичного шага
Рассмотрим процесс отработки ШД единичного шага. Пусть в исходном положении ротор ШД находится в положении, показанном на рис. 1.
Снимаем напряжение управления с фазы
1 и подаем напряжение на фазу 2. Возникает
вращающий момент (момент синхронизации)
под действием которого ротор начинает
вращаться по направлению к фазе 2.
Величина момента определяется углом
рассогласования между продольной осью
ротора и осью поля (осью фазного выступа
2). Угол
,
отсчитываемый от оси фазного выступа
1, начинает расти. Появляется динамический
момент
По мере приближения к оси 2 момент вращения уменьшается и в момент совпадения осей становится нулевым.
Однако в этот момент динамический момент
достигает максимума и под его действием
ротор проходит равновесное состояние
и угол
становится больше
.
Появляется тормозной момент. Ротор
тормозится, динамический момент падает
до нуля в момент достижения ротором
угла поворота
.
Ротор начинает движение назад и, если
бы не было сил трения, он вернулся бы в
исходное положение. На самом деле
происходит рассеивание энергии, так
как изменение магнитного сопротивления
при движении ротора приводит к появлению
переменной составляющей потока
возбуждения, что вызывает появление
ЭДС вращения в обмотках статора и,
соответственно, появление демпфирующего
момента.
Уравнение движения ротора можно записать
.
Здесь D – коэффициент
внутреннего демпфирования. Если
рассматривать движение относительно
нового положения, т.е заменить
на
,
то проведя линеаризацию можно представить
ШД на единичном шаге как звено второго
порядка
.
Колебания ротора – основной недостаток шагового привода, ограничивающий его применение или удорожающий его. Если качания ротора недопустимы, применяют старт-стопное управление.
Старт-стопное управление ШД.
С
тарт-стопным
управление ШД называется такое управление,
при котором обеспечивается минимальная
динамическая ошибка. Необходимо, чтобы
энергия, запасенная ротором при разгоне,
была полностью израсходована в процессе
торможения. Торможение может быть
естественным или принудительным. В
первом случае, при движении ротора от
базы 1 к фазе 2 происходит отключение
обмотки 2 в момент
,
который выбирается так, чтобы накопленной
энергии было достаточно для перехода
ротора в положение, соответствующее
фазе 2 в момент
.
После этого на фазу 2 вновь может быть
подано напряжение для удержания ротора
в новом положении.
Если естественного момента торможения недостаточно, можно применять принудительное торможение со стороны фазы 1. Фактически, здесь используется принцип оптимального, точнее, максимального по быстродействию управления – разгон с максимальным ускорением и торможение с максимальным замедлением.