Режимы работы шаговых двигателей

Характер движения ротора шагового двигателя определяется частотой и характером изменения управляющих импульсов. В зависимости от этого различают следующие режимы работы шаговых двигателей: 1) статический; 2) квазистатический; 3)установившийся; 4) переходный.

Статическим режимом шагового двигателя называется режим, при котором по обмоткам статора протекает постоянный ток, создающий неподвижное в пространстве магнитное поле, а ротор двигателя не вращается. Под действием момента нагрузки ротор лишь отклоняется от положения устойчивого равновесия, соответствующего М=0, на некоторый угол.

Квазистатический режим работы — это режим отработки единичных шагов, при котором переходные процессы, сопровождающие отработку шага, к началу следующего шага полностью заканчиваются и скорость ротора в начале каждого шага равна нулю.

Предельная частота импульсов, при которой еще обеспечивается квазистатическим режим, определяется временем протекания электромагнитных и особенно механических переходных процессов, т. е. временем колебаний (качаний) ротора. Для уменьшения или полного устранения качаний ротора в конце шага применяют различные демпфирующие устройства. Наиболее радикальным методом устранения качаний ротора, а следовательно увеличения предельной частоты квазистатического режима, является гашение ки­нетической энергии, запасенной ротором при отработке шага, которое достигается за счет принудительного или естественного торможения ротора (стартстопное управление).

При принудительном торможении после перевода управляющего импульса с первой обмотки (или группы обмоток) на вторую через некоторый промежуток времени, за который ротор отрабатывает часть шага и запасает определенное количество кинетической энергии, управляющий импульс переводится на первую обмотку. На ротор начинает действовать тормозящий его движение момент. При правильном выборе времени и величины тормозящего момента ротор останавливается в конце шага, после чего управляющий импульс вновь переводится на вторую обмотку и ротор, отработав шаг, фиксируется практически без колебаний.

При естественном торможении отработка шага происходит в два этапа: на первом этапе движение ротора осуществляется за счет положительного синхронизирующего момента, возникающего за счет сдвига МДС статора на часть полного шага; на втором этапе — за счет кинетической энергии, запасенной ротором при отрицательном (тормозном) моменте. При перемещении ротора на величину полного шага МДС сдвигается на оставшуюся часть шага и фиксирует ротор в этом положении. Естественное торможение применимо лишь в тех двигателях, у которых полный шаг делится на несколько элементарных шагов.

Установившийся режим работы шаговых двигателей это режим, соответствующий постоянной частоте управляющих импульсов. Ротор двигателя в установившемся режиме, имея постоянную среднюю скорость, может совершать как периодические, так и непериодические колебания.

При частоте управляющих импульсов большей частоты собственных колебаний (fу>fо) движение ротора сопровождается вынужденными колебаниями с частотой управляющих импульсов. В этом же диапазоне частот при неблагоприятных параметрах двигателя, а также при наличии асимметрии из-за низкокачественного изготовления, могут возникнуть колебания с частотой, близкой к частоте собственных колебаний.

Переходные режимы работы шаговых двигателей - пуск, ускорение, замедление, реверс - являются основными эксплуатационными режимами работы большинства шаговых двигателей. Физические процессы в переходных режимах определяются как параметрами двигателя и его нагрузки, так и начальными условиями, при которых начинается переходный процесс.

Основным требованием, которое предъявляется к шаговым двигателям в переходных режимах, является требование отсутствия потерн шага, т. е. сохранение синхронизма при любом характере изменения частоты управляющих импульсов.

Пуск шагового двигателя обычно осуществляется из положения фиксированной стоянки ротора путем скачкообразного увеличения частоты управляющих импульсов от нуля до рабочей. Пусковые свойства двигателя, как уже говорилось выше, характеризуются частотой приемистости, т. е. максимальной частотой импульсов, при которой возможен пуск без выпадения ротора из синхронизма (без потери шагов). Частота приемистости возрастает с увеличением максимального синхронизирующего момента, уменьшением шага, снижением постоянной времени обмоток, величины нагрузки и момента инерции ротора и приводимых во вращение механизмов.

Торможение ротора обычно осуществляется скачкообразным уменьшением частоты управляющих импульсов от рабочей до нуля. Предельная частота торможения, при которой ротор останавливается без потери шагов, как правило, выше частоты приемисто­сти, что объясняется внутренним демпфированием - электромагнитным тормозным (генераторным) моментом, моментом сопротивления нагрузки и трением в опорах.

Реверс шагового двигателя производится путем изменения последовательности коммутации токов в обмотках, приводящего к изменению направления вращения

магнитного поля. Предельная частота управляющих импульсов, при которой реверс осуществляется без потери шагов, всегда меньше частоты приемистости.

Дата добавления: 2014-01-13