Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Шаговые реактивные двигатели. Учебное пособие
.pdf
Также представлена последовательность возбуждения обмоток
фаз. Видно, что лишь одна фаза из трех (для четырехфазного двигателя – из четырех) возбуждена в каждый определенный момент времени. Такое управление ШД называют однополупериодным. Хотя
однополупериодное управление не всегда можно считать лучшим
способом управления, оно часто используется для объяснения основных принципов работы ШД.
Одной из особенностей управления ШД без обратной связи является малая величина угла шага. Например, в двигателях приводов
символьных дисков в печатающих устройствах за один оборот выполняется 96 или 132 шага. Существуют прецизионные двигатели,
обеспечивающие до 1000 шагов за один оборот.
При подаче одного импульса управления двигатель проворачивается на определенный угол. При этом частота вращения обратно пропорциональна величине шага, то есть чем меньше шаг, тем больше
частота вращения. Шаговые реактивные двигатели могут обеспечивать очень малый шаг. Количество шагов за один оборот называется
шаговым числом S. Для угла шага θS оно определяется как
S = 360/θS.
Другой важной особенностью управления ШД без обратной связи
является то, что частота вращения поддерживается с высокой точностью. Это необходимо для качественной работы ШД. При подаче
входного импульса правильно сконструированный двигатель должен
повернуться на определенный угол и остановиться в определенном
положении.
При этом:
• если ротор двигателя возбужден, а двигатель ненагружен, то
ротор останавливается в положении равновесия (конечном
положении);
• если ротор двигателя не возбужден, а двигатель не нагру-
жен, то ротор останавливается в положении фиксации (применяют для экономии энергии при позиционировании).
41
При движении ротора из одного положения равновесия в другое
может возникать ошибка углового положения. Она равна отклонению
от нормированного угла шага и может быть как положительной, так и
отрицательной.
Максимальное значение ошибки углового положения для конечного положения называют точностью позиционирования. Она определяется для всех нормированных углов шага при полном обороте ротора.
С одной стороны, на точность позиционирования не влияют параметры схемы управления, с другой стороны, она зависит от характеристик инвертора и двигателя. Для двигателя без нагрузки точность
позиционирования определяется конструктивными и физическими
параметрами статора и ротора. Так, например, уменьшение воздушного зазора между зубцами статора и ротора приводит к увеличению
фиксирующего момента. Фиксирующий момент – это максимальный
статический момент. Он прилагается к валу невозбужденного двигателя. При этом вал не вращается. Если же максимальный статический
момент прилагается к валу возбужденного двигателя и вал не вращается, то этот момент называют удерживающим. С ростом удерживающего момента уменьшаются вызванные нагрузкой ошибки позиционирования.
ШД при подаче одного или последовательности входных импульсов должен двигаться с максимальным ускорением. То есть он
должен быстро начинать движение и быстро останавливаться. Так,
если последовательность импульсов управления во время движения
прерывается, то двигатель должен остановиться в положении, которое определяется последним импульсом. Чтобы это произошло, отношение электромагнитного момента двигателя к моменту инерции
ротора должно быть в ШД значительно выше, чем у электрического
двигателя обычного исполнения.
В отличие от традиционных двигателей понятие "частота вращения", определяемая в оборотах в минуту, заменяется на понятие "шаговая частота вращения". Эта частота определяется числом шагов в
секунду.
42
Для большинства ШД число шагов в секунду равно числу импульсов схемы управления. Частота вращения ШД в оборотах в минуту прямо пропорциональна шаговой частоте вращения, умноженной на 60, и обратно пропорциональна числу шагов.
2.2. РЕЖИМЫ ВОЗБУЖДЕНИЯ (УПРАВЛЕНИЯ)
ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ
Сначала проанализируем работу шагового двигателя при однофазном возбуждении. Однофазное возбуждение (управление) – один
из основных методов возбуждения.
Последовательность подключения при однофазном возбуждении
для трехфазного шагового двигателя приведена в табл. 1, а для четырехфазного шагового двигателя – в табл. 2.
В таблицах начало работы обозначается как НР. Ячейки таблиц
со знаком + соответствуют возбужденным состояниям фаз, а пустые
ячейки – невозбужденным состояниям фаз, т.е. без тока.
Таблица 1
Таблица 2
43
Последовательность включения приведена при вращении ШД по
часовой стрелке. Если же нам нужно, чтобы ШД поворачивался против часовой стрелки, то последовательность возбуждения для трехфазного ШД меняется на представленную в табл. 3.
Таблица 3
Далее рассмотрим работу двигателя, у которого две фазы постоянно возбуждены. Такой режим работы называется двухфазным возбуждением.
Чтобы показать преимущества этого режима, рассмотрим, как и
для однофазного возбуждения, последовательность подключения.
Последовательность при двухфазном возбуждении для трехфазных
двигателей приводится в табл. 4.
Таблица 4
Из таблицы видно, например, что в положении 2 возбуждающий
ток переключается с первой фазы на третью, при этом возбужденной
остается вторая фаза.
Последовательность включенных фаз при двухфазном возбуждении для четырехфазных двигателей приводится в табл. 5.
44
Таблица 5
Расположение зубцов статора и ротора при двухфазном возбуждении в положении равновесия приведено на рис. 41. Видно, что, в
отличие от однофазного возбуждения, зубцы друг относительно друга сдвинуты.
Рис. 41
На рис. 42 для двухфазного возбуждения на поперечном сечении
трехфазного двигателя показаны колебания ротора 1.
При выполнении шага в трехфазном реактивном ШД при двухфазном управлении картина магнитного поля отображается на рис. 43.
45
Рис. 42
Рис. 43
На рис. 44, 45 показан процесс затухания колебаний ротора соответственно для однофазного и двухфазного возбуждения. Видно, что
ротор быстрее устанавливается при двухфазном способе возбуждения.
Рис. 44
46
Рис. 45
При двухфазном возбуждении всегда возбуждены две фазы. Цепь
двух возбужденных фаз из-за электромагнитной индукции образует
при появлении колебаний замкнутый контур 1 для колебательного
тока, как показано на рис. 46.
Рис. 46
При этом изменяется колебательная составляющая тока, но остается постоянной стационарная, которая вызывает удерживающий момент. Колебательный ток, вызванный колебательными движениями
ротора, накладывается в каждой фазе на стационарный ток.
При этом в фазах 1 и 2 составляющие колебательного тока противоположны по фазе.
Составляющие колебательного тока образуют моменты, действующие в противоположном направлении. Эти моменты способствуют затуханию колебаний и преобразованию связанной с ними
кинетической энергии в теплоту.
47
В отличие от двухфазного возбуждения, при однофазном замкнутые контуры не образуются. При этом колебания затухают только изза действия трения.
Кроме однофазного и двухфазного управления (возбуждения),
возможна их комбинация, которая называется полушаговой схемой
возбуждения. Последовательность возбуждения при полушаговой
схеме возбуждения в трехфазном двигателе приведена в табл. 6.
Таблица 6
В таблице рассмотрены два вида временных положений (А и В).
На временном интервале для случая А при переходе из одного
положения равновесия в другое возбуждены две фазы, что способствует подавлению колебаний. За счет однофазного возбуждения достигается позиционирование.
Если временное положение выбирается по схеме В, угол шага
уменьшается наполовину. При этом в данном методе для позиционирования используются и однофазное, и двухфазное возбуждение.
Если же в двигателе более чем четыре фазы, то полушаговый режим выполняется при комбинировании схем возбуждения как двух- и
трехфазной, так и трех- и четырехфазной.
2.3. ОБМОТКИ ШАГОВЫХ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Для более полного понимания процессов управления шаговым
двигателем следует рассмотреть типы используемых в них обмоток.
В реактивных многопакетных ШД, а также в двигателях с постоянными магнитами или с когтеобразными полюсами применяются
соленоидные катушки.
48
В однопакетных реактивных двигателях, а также в гибридных
ШД применяется обычная или бифилярная обмотки. В обычной обмотке провод несколько раз навивается на полюс.
В бифилярных обмотках наматываются два провода, сложенных
между собой, как показано на рис. 47. При этом провода отделяются
друг от друга, что позволяет использовать их независимо друг от друга.
При этом, если первый провод принадлежит фазе 1, то второй – фазе 3.
Если же первый провод принадлежит фазе 2, то второй – фазе 4.
Рис. 47
Бифилярные обмотки применяют для намагничивания полюса
статора в противоположных направлениях.
Рассмотрим три схемы возбуждения фазы статора, приведенные
на рис. 48–50.
На рис. 48 показана обычная обмотка при однополупериодном
(одноименно полюсном) возбуждении. В этой обмотке при возбуждении полярность полюса может быть либо северной, либо южной, что
исключает возможность обратных переключений.
Если рассматривать обычную обмотку при двухполупериодном
возбуждении, изображенную на рис. 49, то в ее цепи направление тока может переключаться с помощью инвертора на противоположное.
Но при этом в каждой фазе включены четыре транзистора.
Переключение направления тока возможно при бифилярном
двухполупериодном возбуждении. На схеме рис. 50 показана пара
бифилярных обмоток.
49
Рис. 48 Рис. 49 Рис. 50
При возбуждении бифилярных обмоток полюс статора может
быть намагничен в любом направлении. При возбуждении первой
обмотки создается северный магнитный полюс, при возбуждении
второй обмотки – южный.
При бифилярной схеме наматываются две катушки. При возбуждении любой из них они сцепляются по магнитному потоку. Если
рассматривать не бифилярные обмотки, а две независимые катушки,
то между этими катушками возникает перепад индуктивностей. При этом
уменьшается точность позиционирования.
При конструировании ШД важным условием является получение
минимальных габаритов. Трехфазный реактивный однопакетный двигатель с двухфазной схемой возбуждения и бифилярными обмотками
этому требованию удовлетворяет.
Рис. 51
Схема соединения бифилярных
обмоток приведена на рис. 51.
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]