Вентильный электропривод с шаговыми двигателями

Исполнительные органы некоторых рабочих машин и механизмов должны совершать строго дозированные перемещения с фиксацией своего положения в конце движения. В ЭП таких машин и механизмов успешно применяются шаговые двигатели (ШД) разных типов, образующие основу дискретного ЭП. Шаговые двигатели - электромеханические устройства, преобразующие сигнал управления в угловое (или линейное) перемещение ротора с фиксацией его в заданном положении без устройств обратной связи. Широкое распространение дискретного ЭП определяется еще и тем обстоятельством, что он естественным образом сочетается с цифровыми управляющими машинами, программными устройствами и микропроцессорами, которые все шире применяются во всех отраслях техники. Например, дискретный ЭП используется для металлообрабатывающих станков с числовым программным управлением (ЧПУ), роботов и манипуляторов, в гибком автоматизированном производстве, в электронной и часовой промышленности и др.

ЭП с ШД в настоящее время используются на мощности от долей ватта до нескольких киловатт, что определяется мощностью серийно выпускаемых двигателей. Расширение шкалы мощности дискретных ЭП можно достигнуть используя серийные АД, которые за счет соответствующего управления могут работать в шаговом режиме.

Шаговый двигатель по принципу своего действия аналогично синхронному, но в отличие от последнего магнитное поле ШД перемещается (вращается) не непрерывно, а дискретно, шагами. Достигается за счет импульсного возбуждения обмоток ШД с мощью электронного коммутатора, который преобразует одноканальную последовательность управляющих импульсов в многоканальную систему напряжений, прикладываемых к его обмоткам (фазам).

Дискретному характеру напряжения на фазах ШД соответствует дискретное вращение (перемещение) электромагнитного поля в воздушном зазоре, вследствие чего движение ротора состоит из последовательных элементарных поворотов или шагов. Характер движения ротора шагового двигателя определяется частотой и характером изменения управляющих импульсов.

Шаговые двигатели получили широкое распространение благодаря их техническим особенностям:

· Отработка точных перемещений

· Совместимость с цифровыми устройствами управления, в том числе промышленными контроллерами, а также персональным компьютером

· Легкая и высокоточная установка скорости
Отсутствие необходимости в обратной связи

· Высокое развиваемое ускорение

· Ненакопительная ошибка позиционирования

· Хорошая нагрузочная характеристика (соотношение крутящий момент/скорость)

· Возможность удерживать нагрузку в стационарном положении без перегрева двигателя

· Широкий диапазон рабочих скоростей

Шаговые двигатели находят широкое применение в различном оборудовании:

· Приборы точной механики и оптики

• Измерительные приборы, в том числе спектрометры, газоанализаторы, приборы для анализа нефтепродуктов; оборудование для отбора проб; приборы для контроля качества зерна, муки и т. д.
• Дозаторы и питатели
• Перемешивающие устройства
• Робототехника
• Стрелочные приборы (спидометры, тахометры, комбинации, часы) для автоэлектроники, летных тренажеров и т. п.
• Спектрометры
• Медицинское и лабораторное оборудование
• Координатные и поворотные столы
• Приводы ЧПУ - фрезерные, гравировальные, шлифовочные, электроэррозионные станки, комплексы лазерной, плазменной, газовой резки.
• Приводы исполнительных механизмов конвейерных систем
• Упаковочное, фасовочное, сортировочное, этикеровочное оборудование
• Вязальное, вышивальное оборудование
• Оборудование для намотки
• Полиграфические автоматы
• Морские радиолокационные и гидроакустические станции
• Светотехническое оборудование
• Дисководы, факсимильные аппараты, принтеры, сканеры, копировальные машины, а также различная бытовая техника
• Теплотехника
• Приводы для систем безопасности - турникеты, поворотные камеры
• Специальное технологическое оборудование

Мощность шагового электропривода варьируется в широких пределах, что обуславливает его применение для широкого класса задач. Максимальный крутящий момент, развиваемый шаговым двигателем в квазистатическом режиме, составляет 49 Н×м

Наиболее важной особенностью шагового двигателя 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 инвентор, определяющий значение тока шагового двигателя. Логическая схема обычно монтируется из транзисторных элементов или интегральных схем. Если выходной потенциал логической схемы высокий, возбуждается соответствующа фаза обмотки, например, фаза 1. Если выходной потенциал низкий, фаза обмотки с этим номером отключается. Двигатель вращается по часовой стрелке при управляющей последовательности 1 > 2 >3 >1..., направление против часовой стрелки реализуется при обратной последовательности 1 > 3 > 2 > 1... При этом заранее оговаривается, каким в данных условиях считать направление вращения по часовой стрелке. Фазы обмотки обозначаются как 1,2,3 (4 - для четырехфазных двигателей) и т.д. либо A и B для некоторых двухфазных двигателей. Шаговые двигатели относятся к классу бесколлекторных двигателей постоянного тока. Как и любые бесколлекторные электрические машины, они имеют высокую надежность и большой срок службы, что позволяет использовать их в индустриальных применениях. По сравнению с обычными электродвигателями постоянного тока, шаговые двигатели требуют сложных схем управления, которые должны выполнять все коммутации обмоток.

Рассмотрим некоторые типичные применения шагового привода.

Дата добавления: 2014-01-04