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: статический; квазистатический; установившейся; переходный.

Статический режим – это режим, при котором по обмоткам статора протекает постоянный ток, создающий неподвижное в пространстве магнитное поле, а ротор не вращается. Под действием нагрузки ротор лишь отклоняется от положения М = 0 на некоторый угол q. Основной характеристикой этого режима является зависимость статического синхронизирующего момента от угла рассогласования M = f (q).

Квазистатический режим – это режим отработки единичных шагов, при котором переходные процессы от предыдущего такта коммутации полностью затухли и скорость ротора в начале следующего шага равна нулю. Он используется в стартстопных, лентопротяжных и других механизмах, в которых требуется фиксация ротора после каждого шага. Предельная частота управляющих импульсов, при которой еще соблюдается квазистатический режим, определяется временем протекания электромагнитных и особенно электромеханических переходных процессов, т.е. временем колебаний ротора.

Для уменьшения или полного устранения качаний ротора в конце шага применяют различные приемы. При принудительном торможении после перевода управляющего импульса с первой обмотки или группы обмоток на вторую через некоторый промежуток времени, в течении которого ротор отработает часть шага и запасет определенное количество кинетической энергии, управляющий импульс вновь переводится на первую обмотку. На ротор начинает действовать тормозной момент. При правильном выборе времени и величины тормозящего момента ротор остановится в конце шага, после чего управляющий импульс переводится на вторую обмотку и ротор, отработав шаг, фиксируется в заданном положении практически без колебаний. При естественном торможении отработка шага происходит в два этапа: на первом этапе движение ротора осуществляется за счет положительного приращения момента; на втором этапе – за счет кинетической энергии, запасенной ротором при отрицательном (тормозном) моменте. При достижении ротором заданного положения ротор фиксируется в этом положении. Естественное торможение возможно лишь в тех шаговых двигателях, у которых полный шаг можно поделить на несколько элементарных шагов.

Установившийся режим – это режим, соответствующий постоянной частоте следования управляющих импульсов.

Переходный режим - это основной эксплуатационный режим работы шагового двигателя. Он включает в себя пуск, реверс, торможение, переход с одной управляющей частоты на другую. Физические процессы в переходных режимах определяются как параметрами двигателя и его нагрузки, так и начальными условиями, при которых начинается переходный процесс. Основное требование к шаговому двигателю в переходных режимах заключается в отсутствии потери шага, т.е. сохранение синхронизма при любом характере изменения управляющих импульсов. Пуск шагового двигателя осуществляется из неподвижного положения ротора, которое он занимает при установившихся значениях токов в обмотках, путем скачкообразного увеличения частоты управляющих импульсов от нуля до рабочей. При этом ротор вначале отстает от поля, затем, ускоряясь, достигает частоты вращения поля, опережает его и вследствие отрицательного синхронизирующего момента снова замедляет свое движение. Вследствие демпфирования колебания скорости вращения быстро затухают, наступает установившийся режим.

Максимальная частота управляющих импульсов, при которой возможен пуск без потери шага, называется частотой приемистости f _пр. Частота приемистости растет с увеличением максимального синхронизирующего момента, уменьшением шага, снижением постоянной времени обмоток, нагрузки и момента инерции. Для современных шаговых двигателей f _пр = 100 − 1000 Гц. Торможение шагового двигателя осуществляется скачкообразным снижение частоты управляющих импульсов от рабочего значения до нуля. Предельная частота, при которой ротор останавливается без потери шага, как правило, выше частоты приемистости, что объясняется внутренним демпфированием – электромагнитным тормозным 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 на обратное. Предельная частота управляющих импульсов, при которой реализуется реверс без потери шага, всегда меньше частоты приемистости и составляет (0,2-0,5) f _пр.

Вопросы для самопроверки

1. Какие электрические машины называются синхронными?

2. Применение синхронных машин.

3. Какой обмоткой создается возбуждение в синхронной машине?

4. Принцип работы синхронного двигателя.

5. Определение и применение шаговых двигателей (ШД).

6. Принцип работы шагового двигателя.

7. Перечислите основные параметры шагового двигателя и дайте их определение.

8. Перечислите режимы работы шаговых двигателей.

9. Дайте определение статического режима работы ШД.

10. Дайте определение квазистатического режима работы ШД.

11. Дайте определение установившегося режима работы ШД.

12. Дайте определение переходного режима работа ШД.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Касаткин, А. С. Общая электротехника. / А. С. Касаткин А, А. В. Немцов. – М.: Энергоатомиздат, 1983. -480с.

2. Электротехника /Под ред. В.Г.Герасимова, 3-е изд. – М.: Высшая школа, 1985. -480с.

3. Штелтинг, Г. Электрические микромашины: Пер. с нем. /Г. Штелтинг, А. Байссе. –М.: Энергоатомиздат, 1991. –229с.

4. Токарев, В.С. Электрические машины./В. С. Токарев – М.: Высшая школа. 1990. -624с.

5. Вольдек, А. И. Электрические машины. Введение в электромеханику. Машины постоянного тока и трансформаторы. /А. И. Вольдек, В. В. Попов. –С-Пб.: Изд. дом "Питер", 2008. –320с.

6. Копылов, И. П. Электрические машины. /И. П. Копылов. –М.: Высш. шк., 2009. –607с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение…………………………………….. …………………………………3

В.1. Принцип действия электрических генераторов и двигателей ………....3

В.2. Электромеханическое преобразование энергии………………………...5

В.3. Классификация электрических машин…………………………………..7

1. Трансформаторы……………………………………………………………..9

1.1. Основные понятия и определения………………………………………..9

1.2. Принцип работы трансформатора…………………………………..…..11

1.3. Режимы работы трансформатора………………………………………..13

1.3.1. Режим холостого хода…………………………….. ……………14

1.3.2. Режим короткого замыкания……………………………………16

1.4. Схема замещения и уравнения электромеханического

состояния трансформатора…………………………………………...………20

1.5. Внешняя характеристика трансформатора……………………………..22

1.6. Потери мощности и КПД трансформатора……………………………..26

1.7. Особенности работы трехфазных трансформаторов…………………..28

1.8. Трансформаторы специального назначения……………………………30

1.8.1. Автотрансформаторы……………………………………………30

1.8.2. Трансформаторы для дуговой сварки………………………….32

1.8.3. Измерительные трансформаторы………………………………33

2. Машины постоянного тока (МПТ)...……………………………………...40

2.1. Назначение и устройство машин постоянного тока…………...………40

2.2. Принцип работы МПТ…………………………………………………...42

2.3. Преобразование энергии в МПТ……………………………………...…47

2.4. Потери мощности и КПД машины постоянного тока…………………50

2.5. Способы возбуждения и классификация МПТ…………………………52

2.6. Реакция якоря и коммутация в МПТ……………………………………53

2.7. ЭДС якоря и электромагнитный момент МПТ…………………………54

2.8. Работа двигателя постоянного тока (ДПТ)……………………………..56

2.8.1. Механическая характеристика ДПТ……………………………57

2.8.2. Пуск ДПТ………………………………………………………...59

2.9. Регулирование скорости вращения ДПТ……………………………….60

3. Асинхронные машины (АМ)…….………………………………………..68

3.1. Определение и назначение АД………………………………………….68

3.2. Устройство АД……………………………………………………………68

3.3. Вращающееся магнитное поле…………………………………………..71

3.4. Принцип действия асинхронного двигателя……………………………73

3.5. Режим идеального холостого хода ……………………………………..74

3.6. Скольжение……………………………………………………………….74

3.7. Скорость вращения поля ротора…………………………………...……75

3.8. Вращающий момент асинхронного двигателя…………………………77

3.9. Механическая характеристика асинхронного двигателя………...……80

3.10. Пуск асинхронного двигателя…………………………………….……82

3.10.1. Пуск двигателя с короткозамкнутым ротором……………….82

3.10.2. Пуск двигателя с фазным ротором……………………………83

3.11. Однофазные и двухфазные АД…………………………………...……85

3.11.1. Однофазные асинхронные двигатели…………………………85

3.11.2. Двухфазный асинхронный двигатель…………………………88

3.12. Асинхронный тахогенератор…………………………………………...89

4. Синхронные машины (СМ)………………………………………………..96

4.1. Назначение и устройство синхронных машин…………………………96

4.2. Принцип работы синхронного генератора……………………………..97

4.3. Принцип работы синхронного двигателя………………………………98

4.4. Пуск синхронного двигателя……………………………………………99

4.5. Шаговый синхронный двигатель………………………………………100

4.5.1. Принцип действия однофазного шагового двигателя……….101

4.5.2. Реверсивные шаговые двигатели……………………………...102

4.5.3. Индукторные шаговые двигатели……………………………..103

4.5.4. Основные параметры и характеристики

шаговых двигателей…………………………………………………..104

4.5.5. Режимы работы шаговых двигателей…………………………106

Список рекомендуемой литературы………………………………………..109

Оглавление…………………………………………………………………...110

Учебное издание

Светлана Ивановна Николаева

Дата добавления: 2015-07-15