Михеев Теоретические основы специалности Елементная база автоматических систем Лабораторный практикум 2012

Рис. 6.6

Под действием момента нагрузки на валу ШД ротор отклонится от согласованного положения на угол δθ. Если Mн превысит Mмакс, то будет потеряна синхронизация между положением ротора и управляющими импульсами. Поэтому для нормальной работы ШД всегда должно выполняться условие Mн < Mмакс.

Для определения пускового момента на рис. 6.6 приведена пунктиром моментная характеристика для второй фазы. При подаче импульса на вторую фазу и указанном угле рассогласования δθ момент Mп, показанный на рисунке, и будет являться пусковым. Очевидно, что для него также должно выполняться требование Mп > Mн, иначе произойдет потеря синхронизации. Максимально допустимое значение момента нагрузки Mн макс определяется точкой пересечения моментных характеристик для первой и второй фазы.

При отработке ШД импульсов управления возможны два режима: пошаговый и скоростной.

Пошаговый режим соответствует частоте управляющих импульсов, при которой переходный процесс, чаще всего колебательный, на каждом шаге заканчивается к началу следующего шага, т.е. угловая скорость ротора в начале каждого шага равна нулю (рис. 6.7).

Основными показателями ШД в пошаговом режиме являются: а) перерегулирование Δθ, т. е. максимальное отклонение ротора

от нового устойчивого положения при переходном процессе; б) максимальное значение мгновенной угловой скорости ротора

θ в процессе шага; в) время затухания свободных колебаний ротора на одном

шаге tЗ.

61

Средняя угловая скорость ротора определяется выражением:

Скоростной режим работы ШД соответствует частоте управляющих импульсов, при которой tЗ больше периода следования импульсов (рис. 6.8).

Рис. 6.7 Устойчивая работа ШД в таком режиме зависит от момента нагрузки на валу двигателя. Обычно в паспортных данных ШД приводится зависимость допустимого момента нагрузки от частоты управляющих импульсов для пошагового и для скоростного режимов (рис. 6.9).

При переходе от пошагового режима к скоростному частоту импульсов управления нельзя изменять скачком, так как из-за влияния момента инерции ротора и нагрузки в переходном режиме. могут быть пропущены импульсы упрния (потеря синхронизации).

Частота импульсов управления должна изменяться постепенно, как при переходе от пошагового режима к скоростному, так и наоборот (рис. 6.10).

Одной из причин ограничения скорости работы ШД является по-

стоянная времени обмоток управления Tф = Lф , где Lф и Rф – индук-

Rф

тивность и активное сопротивление обмотки управления (фазы).

62

Рис. 6.12

Программируемые шаговые приводы состоят из шагового двигателя, программируемого блока управления в комплекте с кабелем и программой для подключения шагового привода к компьютеру. Характеристики и функции конкретного привода зависят от блока управления и входящего в состав привода шагового двигателя.

Программируемый блок управления SMSD-3.0 предназначен для управления четырехфазными и двухфазными гибридными шаговыми двигателями с током фазы до 3,0 А. Блок управления может работать в режиме целого шага или осуществлять дробление на

1/2, 1/4, 1/8, 1/16 и 1/32 шага.

Блок может задавать направление, скорость, ускорение движения, а также работать по сложным алгоритмам (исполнительной программе), записываемым в энергонезависимую память. Блок SMSD-3.0 может работать автономно, от компьютера (LPT-порт или COM-порт) или от внешнего задающего контроллера (например от контроллера SMC-3). Блок может работать с программами

SMC_Program, StepMotor_LPT и большинством CNC-программ.

Блок имеет возможность получать сигналы от внешних устройств и датчиков, а также подавать сигналы внешним устройствам.

Блок SMSD-3.0 может управляться логическими сигналами 5 В (TTL) «Направление», «Шаг», «Микрошаг» и «Разрешение», посредством передачи исполнительных символьных команд через интерфейс RS-232, либо работать в автономном режиме.

В блоке используются дифференциальные входы для улучшения помехоустойчивости и гибкости интерфейса.

Предусмотрено уменьшение тока удержания до половины от значения рабочего тока при отсутствии команд движения или сигналов «Шаг».

64

Функции и возможности устройства:

•управление шаговыми двигателями по программе, хранящейся в устройстве;

•запись, изменение или считывание управляющей программы в/из внутреннего энергонезависимого ПЗУ;

•автономная работа без участия ПК или внешнего контроллера;

•управление от компьютера через LPT или COM-порт (RS-232);

•получение сигналов TTL и управление шаговыми двигателями посредством логических сигналов «Шаг», «Направление», «Микрошаг» и «Разрешение»;

•получение ASCII команд от ПК и управление шаговым двигателем по сложному алгоритму;

•возможность подключения к контроллеру SMC-3;

•возможность работы в ручном режиме;

•автоматический останов шагового двигателя при поступлении сигнала от аварийного датчика;

•автоматическое переключение направления вращения двигателя при поступлении сигнала от датчика реверса;

•два дополнительных входа для приема сигналов от внешних устройств (датчиков);

•один дополнительный выход для подачи сигналов внешним устройствам;

•возможность синхронизации работы нескольких блоков

SMSD-3.0.

Технические характеристики:

•число каналов управления шаговыми двигателями – 1;

•диапазон частот импульсов перемещения ШД – 1–10000 Гц;

•точность установки частоты – не хуже 0,2%;

•максимальная длина линии связи (RS-232) – 30м;

•напряжение питания – 18 – 50В;

•максимальный выходной ток – 3,0А;

•число дополнительных входов для получения сигналов от внешних устройств и датчиков – 2;

•число дополнительных выходов для подачи сигналов внешним устройствам – 1;

•режимы дробления шага – 1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16 и 1/32.

65

Исполнительные команды программируемого блока управления шаговыми двигателями SMSD-3.0:

Описание лабораторной установки

Эскиз лабораторной установки приведен на рис. 6.13.

Рис. 6.13

Макет лабораторной работы включает исследуемый ШД 2, тормозной двигатель постоянного тока для задания момента нагрузки на валу двигателя 5 (ДПТ), оптико-электронный датчик угла 4 и

66

программируемый блок управления шаговыми двигателями SMSD- 3,0 (1). Перечисленные элементы расположены на плите 6 и прикрыты прозрачным кожухом 3.

Внешний вид лабораторной установки для исследования шагового двигателя типа АД-200-31 показан на рис. 6.14.. Двигатель постоянного тока 1 типа СД-10В используется для создания нагрузочного момента. Он установлен соосно с исследуемым двигателем 4 типа АД-200-31 через пружинную муфту 2. Диск 3 с отверстиями служит для измерения скорости вращения двигателей.

Рис. 6.14

Методика выполнения работы

1. Снять моментную характеристику ШД: зависимость синхронизирующего момента от угла рассогласования Мс = f(Θ). Момент задается значением якорного тока тормозного ДПТ, а угол рассогласования Θ измеряется угловым датчиком положения.

2. Снять зависимость максимального момента нагрузки от час-

тоты следования управляющих импульсов Ммакс = f(fу) для пошагового и скоростного режимов. Момент задается значением якор-

ного тока тормозного ИДПТ, а выход из синхронизма определяется по разности частот импульсов управления и импульсов от датчика угла.

67

3. Увеличить быстродействие ШД путем включения дополнительного сопротивления в обмотку фазы с одновременным увеличением амплитуды управляющего импульса. Снять повторно характеристику Ммакс = f(fу).

Оформление отчета

Отчет по выполненной работе оформляется на отдельных сброшюрованных листах А4 и должен содержать:

1)схему эксперимента;

2)таблицы с экспериментальными результатами;

3)графики по результатам эксперимента;

4)расчеты требуемых параметров;

5)заключение с анализом полученных результатов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Михеев В.П., Выжимов В.И. Исполнительные устройства автоматических систем. М.: МИФИ, 2008.

2.Арменский Е. В., Кузина И. В., Фальк Г. Б. Электрические микромашины. М.: Высш. шк., 1986.

3.Брускин Д. Э., Зохорович А. Е., Хвостов В. С. Электрические машины и микромашины. М.: Высш. шк., 1990.

4.Михеев В. П. Электрические исполнительные двигатели. М.: МИФИ,

2001.

5.Арменский Е. В. Фальк Г. Б. Электромеханические устройства автоматики. М.: МГИЭМ, 2002.

6.Виноградов Д. К. Электромагнитные устройства САУ. М.: МИФИ,

1976.

7.Игнатьев Ю. С. Тиристорные усилители. М.: МИФИ, 1980.

68