67523

Управление шаговым двигателем с реактивным ротором и линейным шаговым двигателем с постоянным магнитом

Лекция

Производство и промышленные технологии

Фазы обмотки питаются прямоугольными импульсами напряжения. В ответ на каждый импульс ротор поворачивается на определенный угол и останавливается в ожидании следующего импульса. Показаны пути замыкания магнитного потока Ф созданного фазой А при подаче на нее импульса напряжения U0.

Русский

2014-09-11

273.5 KB

3 чел.

ЛЕКЦИЯ  5

 Управление шаговым двигателем с реактивным ротором

и линейным шаговым двигателем с постоянным магнитом

Шаговый двигатель  имеет три основные особенности.

1. Особенность конструкции: ротор и статор имеют зубцы одинаковой ширины, а расположены они по-разному.

Рис. 5.1. Смещенные зубцы статора и ротора

Если магнитная система имеет подвижные части, то они стремятся занять положение, при котором магнитный поток максимален. Магнитный поток Ф определяется формулой

,

где  – магнитная проводимость между зубцами; UM – магнитное напряжение на зазоре; bдлина дуги в пределах малого воздушного зазора; δ – его длина; lактивная длина шагового двигателя. Ротор стремится занять положение, при котором зубцы расположены друг против друга, а дуга b имеет максимальное значение. Ширина всех зубцов одинакова для точного позиционирования ротора.

2. Фазы обмотки питаются прямоугольными импульсами напряжения.

3. Ротор совершает старт-стопное движение. В ответ на каждый импульс ротор поворачивается на определенный угол и останавливается в ожидании следующего импульса.

Конструкция шагового двигателя с реактивным ротором

Рис. 5.2. Конструкция шагового двигателя с реактивным ротором

Конструкция шагового двигателя показана на рис. 5.2. Статор имеет шихтованный магнитопровод из электротехнической стали с шестью зубцами, расположенными под углом 60º друг к другу. Ротор имеет шихтованный магнитопровод с четырьмя зубцами, расположенными под углом 90º. Каждая пара зубцов, расположенных напротив друг друга, имеет по две катушки, образующие три фазы A, B и C. Показаны пути замыкания магнитного потока ФA , созданного фазой А при подаче на нее импульса напряжения U0.

Рис. 5.3. Графики фазных напряжений

На рис. 5.3 показаны фазные напряжения при прямом и обратном вращении ротора. Если после импульса на фазе А подать импульс на фазу В, то ротор повернется против часовой стрелки на угол 30º. Затем нужно подать импульс на фазу С, потом на фазу А, и т.д. В ответ на каждый импульс ротор поворачивается на угол 30º. Длительность импульсов может быть произвольной, но она не должна быть слишком маленькой, чтобы ротор успел повернуться. Одна из характеристик шагового двигателя – частота приемистости. Это максимальная частота импульсов, которую ротор успевает отработать.

При вращении ротора против часовой стрелки имеем прямой порядок чередования фаз А, В, С. Для реверса нужно изменить порядок чередования фаз, т.е. подавать напряжение в порядке С, В, А.

Шаговый двигатель позволяет строить разомкнутые системы без датчиков угла. Для определения результирующего угла поворота достаточно подсчитать количество импульсов и умножить на шаг по углу. Для уменьшения шагов или для увеличения плавности движения применяют электрическое дробление шага, когда в определенные периоды времени запитаны сразу две фазы. При этом можно получить угловой шаг 15º. Для плавного поворота ротора применяют импульсное питание двух фаз с широтной модуляцией.

 

Рис. 5.4. Угол поворота ротора шагового двигателя

Линейный шаговой двигатель с постоянным магнитом.

Для понимания роли постоянного магнита рассмотрим сначала конструкцию динамика (см. рис. 5.5). Он имеет магнитопровод в виде цилиндрического

Рис. 5.5. Конструкция динамика с постоянным магнитом

стакана, внутри которого находится цилиндрический постоянный магнит, намагниченный вдоль оси. На магните расположена обмотка, к которой подводится напряжение от усилителя звуковой частоты. Сверху на магнитопроводе расположена упругая ферромагнитная мембрана, связанная с диффузором (на рисунке не показан).

Магнитная индукция в зазоре между постоянным магнитом и мембраной равна сумме индукций от постоянного магнита (В0) и от обмотки с током. График магнитной индукции в функции от времени показан на рис. 5.6 справа в предположении, что ток обмотки синусоидальный.

Сила притяжения мембраны определяется формулой

,

где Sплощадь поперечного сечения постоянного магнита. Квадратическая функция (парабола) показана на рис. 5.6. Видно, что диапазон изменения силы велик, а чувствительность к переменной составляющей большая (показана касательная в средней точке).

Рис. 5.6. Графики магнитной индукции с постоянным магнитом и без него

Если вместо постоянного магнита поставить стальной сердечник, то:

– чувствительность силы по магнитной индукции будет очень маленькой;

– при подаче синусоидального сигнала частота колебаний мембраны будет в 2 раза больше, т.е. будут лишь нелинейные искажения.

А если динамик имеет постоянный магнит, то;

– увеличивается чувствительность к переменной составляющей магнитной индукции;

– появляется большая линейная составляющая;

– остаются нелинейные искажения, но их величина сравнительно мала.

Теперь рассмотрим конструкцию линейного шагового двигателя (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Линейный шаговый двигатель с постоянным магнитом

Двигатель имеет два магнитопровода с двумя большими зубцами каждый. На больших зубцах имеются малые зубцы. Между магнитопроводами расположен постоянный магнит в виде цилиндрического кольца. Он намагничен в осевом направлении. Каждый магнитопровод имеет кольцевую обмотку, расположенную между большими зубцами (фазы А, В). Лайнер (подвижная часть) имеет вид цилиндрического стержня с кольцевыми проточками. Он выполнен из электротехнической стали.

Малые зубцы или выступы на больших зубцах одного магнитопровода смещены в осевом направлении на половину зубцового деления τz, а малые зубцы на больших зубцах разных магнитопроводов смещены на четверть зубцового деления τz . Крестиками в кружках показаны положительные направления токов фаз  А, В, а дугами со стрелками показаны направления магнитных потоков, созданных положительными токами.

Двигатель нарисован для момента времени, когда импульс напряжения +U0  подан на фазу А (см. рис. 5.8). При этом выполняются соотношения:

Рис. 5.8. Напряжения питания фаз шагового двигателя

uA = U0 ;   uВ= 0;  

Ф1 = Фм + ФА ;   Ф2 = Фм – ФА  ;  Ф1 > Ф2.

Крайние левые зубцы статора и лайнера встали напротив друг друга.

Теперь рассмотрим случай, когда импульс напряжения +U0  подан на фазу В. Выполняются соотношения:

uA = 0:   uВ = U0:  Ф3 = Фм – ФВ ;  Ф4 = Фм + ФВ ;  Ф4 > Ф3.

В результате лайнер сместится вправо на четверть зубцового деления.

Для продолжения движения в ту же сторону надо подать импульс –U0 на фазу А, затем импульс –U0 на фазу В, и т.д.

Для реверса нужно сменить порядок чередования фаз. Нужно подать импульс +U0 на фазу В, затем импульс +U0 на фазу А, далее  надо  подать  импульс –U0 на фазу В, затем импульс –U0 на фазу А, и т.д.

Постоянный магнит повышает эффективность работы фаз А и В (при одном и том же токе повышается усилие). Отметим, что в данной конструкции реализуется магнитная редукция, когда на каждом большом зубце выполняются несколько маленьких зубцов.

Вопросы для самопроверки

1. Какие три особенности имеет шаговый двигатель ?

2. Каковы достоинства и недостатки?

3. Почему зубцы на статоре и на роторе расположены по-разному ?

4. Как изменить направление вращения ротора шагового двигателя ?

5. Для чего применяется постоянный магнит в динамике ?

6. Что такое магнитная редукция и как она реализована в линейном шаговом двигателе ?

7. Почему шаговый двигатель с реактивным ротором не чувствует полярность напряжения питания, а линейный шаговый двигатель реагирует на напряжение с учетом знака ?

U0

реверс

U0

0

0

U0

U0

uB

uA

t

t

0

B0

t

B

F

ΔF

S

N

0

0

0

U0

U0

вращение по часовой стрелке

l

b0

b

реверс

вращение против

часовой стрелки

U0

uC

uB

uA

t

t

t

ФА

Z

Y

X

С

В

А

налево

направо

t

0

h

2h

3h

α

τz

Ф4

Ф1

В

А

Ф3

Ф2

N

S


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29868. Бюджетная система РФ 19.67 KB
  10 бюджетная система Российской Федерации состоит из трех уровней: Федерального бюджета и бюджетов государственных внебюджетных фондов; Бюджетов субъектов Российской Федерации региональных бюджетов и бюджетов территориальных государственных внебюджетных фондов; Местных бюджетов. Бюджетная система Российской Федерации включает: федеральный бюджет 21 республиканский бюджет республик в составе РФ 55 краевых и областных бюджетов и бюджеты Москвы и СанктПетербурга один областной бюджет автономной области 10 окружных бюджетов автономных...
29869. Бюджетный процесс и концепция его реформации 16.35 KB
  6 Бюджетного Кодекса РФ бюджетный процесс – регламентируемая законодательством Российской Федерации деятельность органов государственной власти органов местного самоуправления и иных участников бюджетного процесса по составлению и рассмотрению проектов бюджетов утверждению и исполнению бюджетов контролю за их исполнением осуществлению бюджетного учета составлению внешней проверке рассмотрению и утверждению бюджетной отчетности. Все стадии жестко регламентированы процессуальными нормами бюджетного права призванными обеспечить четкое...
29870. Инвестиции – вложения средств в промышленность, сельское хозяйство и другие отрасли экономики внутри страны и за границей в целях получения прибыли 15.64 KB
  Прямые инвестиции осуществляются с целью непосредственного управления объектом инвестиций через контрольный пакет акций или в иной форме контрольного участия.Портфельные инвестиции осуществляются в форме покупки ценных бумаг принадлежащих различным эмитентам и не обеспечивающих контрольное участие и прямое управление объектом инвестиций. Цель подобных инвестиций в отличие от прямых – получение прибылей от роста курсовой стоимости портфеля от созданных ими стабильных денежных потоков дивидендов процентов при диверсификации...
29871. РИСК-МЕНЕДЖМЕНТ 16.75 KB
  на свой страх и риск. В связи с этим появляются различные методы управления риском и повышается роль страхования как основного метода снижения степени риска. Риск это финансовая категория. Снижение величины риска осуществляется через финансовые методы: диверсификацию лимитирование самострахование страхование и др.
29872. Структура капитала 16.72 KB
  Структура капитала соотношение собственных и заемных финансовых средств используемых в хозяйственной деятельности. Она влияет на коэффициент рентабельности активов и собственного капитала определяет систему коэффициентов финансовой устойчивости и платежеспособности и формирует соотношение доходности и риска.Структура капитала представляет собой соотношение собственных и заемных средств долгосрочного характера. Управление структурой капитала заключается в создании смешанной структуры капитала представляющей такое оптимальное сочетание...
29873. Долгосрочная финансовая политика РФ 35 KB
  Очевидно что от должной организации финансовой политики коренным образом зависит благополучие предприятия. Безусловно российские предприятия имеют большой опыт в области разработки финансовой политики прогнозной и плановой работы оценок экономической эффективности проектов который не следует игнорировать. Финансовая политика предприятия совокупность мероприятий по целенаправленному формированию организации и использованию финансов для достижения целей предприятия. Финансовая политика наиболее важный составной элемент общей политики...
29874. Характеристика федеральных налогов. порядок их исчисления и уплаты 44 KB
  характеристика федеральных налогов. порядок их исчисления и уплаты Законом Об основах налоговой системы в Российской Федерации а также в Налоговом кодексе глава 2 статья 12 устанавливаются следующие виды налогов и сборов: федеральные региональные и местные Федеральными налогами и сборами признаются налоги и сборы которые установлены НК Кодексом и обязательны к уплате на всей территории Российской Федерации. К федеральным налогам и сборам откосятся статье 13 НК РФ: 1 налог на добавленную стоимость; 2 акцизы; 3 налог на доходы...
29875. Виды и характеристика профессиональных участников фондового рынка 27.5 KB
  Виды и характеристика профессиональных участников фондового рынка. При этом вид товара – ценные бумаги – определяет структуру фондового рынка и компоненты этой структуры осуществляющие как собственно его функционирование так и управление его работой: состав участников рынка местоположение порядок функционирования правила регулирования и т. В целом структуру фондового рынка можно представить следующим образом: субъекты рынка; собственно рынок биржевой и внебиржевой фондовые рынки; органы государственного регулирования и надзора в...
29876. Государственные внебюджетные фонды: источники формирования доходов и направления использования средств 37 KB
  В России действуют следующие государственные внебюджетные фонды: Пенсионный фонд Российской Федерации Фонд социального страхования Российской Федерации Федеральный фонд обязательного медицинского страхования. Фонд социального страхования Российской Федерации ФСС РФ один из государственных внебюджетных фондов созданный для обеспечения обязательного социального страхования граждан России. Регулируется Бюджетным кодексом РФ и федеральным законом Об основах обязательного социального страхования. Федеральный фонд обязательного...