Исследование электропривода с шаговым электродвигателем

Цель работы: изучение электропривода с шаговым двигателем (ШД), исследование его характеристик в различных режимах работы.

Краткие теоритические сведения.

ШД являются машинами переменного тока и относятся к классу синхронных двигателей. Они преобразуют командные импульсные сигналы в фиксированные углы поворота ротора или перемещение (линейные ШД). ШД работают от электронных коммутаторов, обеспечивающих переключение обмоток управления (ОУ) с заданной последовательностью и частотой. При этом угол поворота ротора? 2 соответствует числу переключений ОУ, направление поворота-порядку переключений, а частота вращения n (угловая скорость щ) — частоте переключений. Мощность ШД составляет от нескольких ватт до 1 кВт.

Данные вентильного двигателя ДБ 50−10−4

Рн = 1.9 Вт; Uн = 12 В; I1н = 0,2 А; PП = 8; моу = 2; бШ = 1,8 град; fун = 1000 ш/с;

nн = 300 об/мин; ZP = 50; MH = 0,06 Н*м; МСХМ = 0,126 Н*м.

Схема и описание лабораторной установки.

Функциональная электрическая схема лабораторной установки приведена на рис. 1. Схема содержит электронный транзисторный коммутатор К, индукторный шаговый двигатель типа ДШР-39−0,06−1,8 с нагрузочным устройством НУ, а также блоки питания коммутатора БП1 и нагрузочного устройства БП2 с регулировочными потенциометрами R1 и R2. Для контроля частоты управляющих импульсов fY (скорости двигателя щ) служит датчик частоты ДЧ (датчик скорости ДС) — частотомер-тахометр.

Измеряемыми величинами являются напряжения U0 и ток I0 на выходе К, частота вращения ШДfШД [ш/c] и момент сопротивления МС [Гс*см].

Рис. 1. Функциональная схема лабораторной установки.

Предельная механическая характеристика двигателя.

Характеристика показывает предельное значение момента сопротивления Мст при данной fУ, когда сохраняется синхронный режим работы ШД. Снижение Mcx обусловлено демпфирующим влиянием ЭДС вращения и тем, что ЭДС самоиндукции в ОУ становится соизмеримой с напряжением питания U. При этом ток в обмотках iОУ (t)<�Фсн.

Ответы на контрольные вопросы.

1. В чём состоит принцип работы ШД?

ШД являются машинами переменного тока и относятся к классу синхронных двигателей. Они преобразуют командные импульсные сигналы в фиксированные углы поворота ротора или перемещение (линейные ШД). ШД работают от электронных коммутаторов, обеспечивающих переключение обмоток управления (ОУ) с заданной последовательностью и частотой. При этом угол поворота ротора? 2 соответствует числу переключений ОУ, направление поворота-порядку переключений, а частота вращения n (угловая скорость щ) — частоте переключений.

2. Какие конструкции ШД Вы знаете?

По конструкции ШД бывают активного типа, реактивные и индуктивные. электрический шаговой двигатель обмотка

3. Каковы достоинства ШД?

Главное преимущество шаговых приводов — точность. При подаче потенциалов на обмотки шаговый двигатель повернется строго на определенный угол. К приятным моментам можно отнести стоимость шаговых приводов, в среднем в 1,5−2 раза дешевле сервоприводов. Шаговый привод, как недорогая альтернатива сервоприводу, наилучшим образом подходит для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика.

4. Почему ШД выпадают из синхронизма?

ШД выпадает из синхронизма когда момент сопротивления на валу превышает синхронизирующий момент двигателя.

5. Укажите способ коммутации обмоток управления ШД.

Различают симметричную и несимметричную коммутацию обмоток управления:

• — при симметричной коммутации на всех тактах возбуждается одинаковое число ОУ (поток обмоток статора Фci = const), что обеспечивает постоянство Mсх на всех тактах;
• — при несимметричной коммутации нечётным и чётным тактам соответствует возбуждение разного числа ОУ (Фci = var).

Следует отметить, что при симметричной коммутации шаг ротора бш на одном такте управления возрастает вдвое.

Бывает также:

• — однополярная коммутация ОУ (однополярные импульсы);
• — разнополярная коммутация ОУ (разнополярные импульсы), изменяющие направление Фci, что позволяет вдвое снизить бш при данной фазности ШД.

Возможны и комбинации указанных способов коммутации ОУ: разнополярная симметричная, однополярная несимметричная и т. д.

• 6. Какими статическими и динамическими характеристиками обладают ШД?
• — угловая характеристика;
• -предельная характеристика;
• — приемистость fУMAX = f (Mc), где fУMAX — наибольшая частота управляющих импульсов, отработанных двигателем без потери или добавления шагов при пуске или останове. Приемистость зависит от ряда параметров (Мсх, бш, J?, Mc).