ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА
Шаговые двигатели
Принцип действия реактивного ШД
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Шаг и инкремент
Особенности применения ШД, параметры
Маленький угол шага
Высокая точность частоты вращения
Максимальный статический момент
Положения, в которых останавливается ротор
Точность позиционирования
Высокое отношение электромагнитного момента к моменту инерции
Шаговая частота вращения и частота импульсов
КЛАССИФИКАЦИЯ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
Ротор с постоянными магнитами
Гибридные
Гибридные с постоянными магнитами в статоре
характеристики шагового двигателя
Статические характеристики
Т-  характеристика
ТI характеристика
Динамические характеристики
Характеристики пускового момента
Характеристики выходного момента
резонансы и нестабильности
Низкочастотный резонанс
Среднечастотная нестабильность
Высокочастотные колебания
СИСТЕМЫ И СХЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ШАГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ БЕЗ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ
ЛОГИЧЕСКИЕ БЛОКИ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Электронный коммутатор
Защита транзисторов коммутатора
Уменьшение времени нарастания тока
Включение последовательного резистора
Использование двух источников питания
Мостовые коммутаторы для 4-х или 2-х фазных двигателей
Особенности мостовой схемы
Управление с помощью ШИМ
входной контроллер
Одношаговый контроллер
Входной контроллер для электронного демпфера
Демпфированное многошаговое движение
УПРАВЛЕНИЕ ШАГОВЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ
2.29M
Категория: ЭлектроникаЭлектроника

Электромеханика. Следящий привод с шаговым двигателем

1. ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА

ИТТСУ кафедра «Управление и защита информации»
ЭЛЕКТРОМЕХАНИКА
Следящий привод с шаговым
двигателем
1

2. Шаговые двигатели

по книге Кенио Т. Шаговые двигатели и их микропроцессорные
системы управления: Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1987. -200
с.: ил.
ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
2

3. Принцип действия реактивного ШД

3

4.

• Сердечник статора имеет шесть выступающих
зубцов, в то время как ротор всего четыре
• Сердечники как ротора, так и статора
выполнены из магнитомягкой стали.
• Каждый из трёх наборов обмоток состоит из двух
катушек, соединённых последовательно.
• Набор обмоток называется фазой, и,
соответственно, машина — трёхфазным
двигателем.
4

5.

• Ток на обмотки подаётся от источника постоянного тока через
переключатели , и . В положении (1) обмотка фазы «I»
подключена к источнику через переключатель или согласно
технической терминологии возбуждена фаза «I».
• Магнитный поток, возникающий в результате возбуждения,
показан на рисунке стрелками. В положении (1) два
выступающих зубца статора фазы «I», будучи возбуждёнными,
останавливаются на одной прямой с двумя из четырёх зубцов
ротора. В терминах динамики это положение является
положением равновесия.
• Когда замыканием переключателя II в дополнение к фазе I
возбуждается фаза II, в зубцах статора, соответствующих этой
фазе, возникает магнитный поток, как показано на рисунке для
положения (2), и вследствие ’’натяжения” в наклонных силовых
линиях магнитного поля возникает вращающий момент. Ротор, в
конце концов, принимает положение (3).
5

6.

• Таким образом, за время выполнения одной
операции переключения ротор поворачивается на
фиксированный угол, который называется углом
шага или шагом, в данном случае на 15°.
• Если теперь разомкнуть переключатель и
отсоединить от источника питания фазу «I»,
ротор повернётся на следующие 15° и займет
положение (4).
• Таким образом, угловым положением ротора в
единицах угла шага можно управлять с помощью
процесса переключения.
6

7.

• Если переключения производят последовательно, то
ротор будет вращаться шаговыми движениями,
причём средней частотой вращения также можно
управлять с помощью процесса переключения.
• В настоящее время для управления ШД в качестве
электронных переключателей применяют
транзисторы, а сигналы на переключение
генерируются цифровыми интегральными схемами
или микроконтроллером
1 – источник постоянного тока
2 – микроконтроллер
3 – электронный коммутатор
7
4 – шаговый двигатель

8.

• Шаговый двигатель — это электрический двигатель,
преобразующий цифровой электрический входной
сигнал в механическое движение.
• По сравнению с другими приборами, которые могут
выполнять эти же или подобные функции, система
управления, используемая в ШДЧ обладает
следующими существенными преимуществами:
– отсутствие обратной связи, обычно необходимой для
управления положением или частотой вращения;
– не накапливается ошибка положения;
– ШД совместим с цифровыми устройствами.
• По этим причинам различные типы и классы ШД
используют в периферийных устройствах ЭВМ и
подобных системах.
8

9. СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ БЕЗ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
БЕЗ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
9

10.

• Как правило, работой ШД управляет электронная схема,
а питание его осуществляется от источника постоянного
тока. Шаговые двигатели применяют для управления
частотой вращения без применения контура обратной
связи. Этот принцип используется в приводе с
разомкнутой цепью.
• Управление без обратной связи хотя и является
экономически выгодным, но имеет и ряд ограничений.
• Например, поворот ротора становится колебательным и
нестабильным по значению конечных скоростей,
вследствие чего характеристики движения, частота
вращения и ускорение ШД с управлением без обратной
связи не могут быть такими же точными, как у
двигателей постоянного тока с обратной связью.
• Следовательно, уменьшение колебаний — это основная
проблема, которую необходимо разрешить для
10
расширения границ применения ШД.

11.

• Наиболее важной особенностью ШД является то, что на
каждый импульс управления ротор поворачивается на
фиксированный угол, значение которого в градусах
называется шагом.
• При получении команды логическая цепь определяет,
какая фаза должна быть задействована и посылает
сигнал управления на электронный коммутатор,
определяющий значение тока ШД
• Логическая схема обычно монтируется из
транзисторных элементов или интегральных схем.
• Если выходной потенциал логической схемы высокий,
возбуждается соответствующая фаза обмотки, например
фаза «I». Если выходной потенциал низкий, фаза
11
обмотки с этим номером отключается.

12.

• Как показано на рисунке,
двигатель вращается по часовой
стрелке при управляющей
последовательности 1-2-3-….,
направление против часовой
стрелки реализуется при
обратной последовательности
1-3-2-….
• При этом заранее
оговаривается, каким в данных
условиях считать направление
вращения по часовой стрелке.
12

13. Шаг и инкремент

• В некоторых периферийных устройствах ЭВМ данные
записываются на восемь дорожек на бумажной ленте; это
означает, что на одной линии может быть восемь сигнальных
отверстий.
• В дополнение к этому между третьей и четвертой дорожками
идут синхронизирующие перфорационные отверстия.
• Линии символов располагаются с интервалом в 2,54 мм (1”).
• Когда на ленту заносятся данные, она
продвигается на 2,54 мм,
останавливается для перфорации
линии символа, затем продвигается на
следующие 2,54 мм, останавливается
опять и т.д.
13

14.

• Таким образом, самый простой способ управления
движением ленты — это использование одиночных
импульсов для логической схемы, когда двигатель за
один шаг поворачивает звёздочку на угол,
эквивалентный этому шагу, т.е. продвигает ленту на
2,54 мм.
• Другой способ — поворот ШД на несколько шагов
для продвижения ленты на одну линию. Например,
можно использовать четырёхфазный двигатель с
шагом 1,8°, передвигающий ленту к следующей
линии за четыре шага.
• Диаметр звёздочки уменьшается в четыре раза, и в
результате момент инерции уменьшается в 44 = 256
раз по сравнению с одношаговым передвижением. 14

15.

• Одно движение на 2,54 мм, которое переводит
ленту к следующей линии, как в приведённом
выше примере, называют инкрементом
(приращением) . Один инкремент может
выполняться за один шаг в первом примере и за
четыре шага в последнем.
• В системе когда двигатель останавливается на
определенное время после выполнения одного
инкремента движения, а затем цикл повторяется.
• Такой тип движения называется инкрементным
движением, а управление, соответствующее ему,
управлением инкрементным управлением.
15

16.

• Одношаговое выполнение
инкремента обычно сопровождается
колебаниями.
• Когда движение выполняется за
несколько импульсов, поступающих с
соответствующими интервалами,
колебаний может и не быть. Они в
случае одношаговой реализации
гасятся соответствующей
электронной схемой управления.
16

17. Особенности применения ШД, параметры

ОСОБЕННОСТИ
ПРИМЕНЕНИЯ ШД,
ПАРАМЕТРЫ
17

18. Маленький угол шага

• Двигатель проворачивается за каждый импульс
управления на определенный фиксированный угол.
• Чем меньше шаг, тем большая частота вращения может
быть достигнута.
• Одной из особенностей ШД является то, что они могут
обеспечивать маленький шаг. Количество шагов за один
оборот называется шаговым числом. Соотношение
между углом шага Θ
English     Русский Правила