Promremont34.ru

Авто мастеру
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Чем увеличить скорость вращения шаговых двигателей

Чем увеличить скорость вращения шаговых двигателей

Вам уже приходилось делать выбор между разными шаговыми двигателями для реализации своих амбициозных проектов? Зачастую у новичков существует миф, что NEMA 17 слабые и ни на что не годные шаговики, а для 3D-принтера обязательно нужен как минимум NEMA 23, а то и дороже. Давайте попробуем разобраться какие критерии всё-таки должны учитываться при правильном выборе шагового двигателя. Если на них не обращать внимание, а просто надеяться на свой инстинкт потребителя, то в результате можно сильно разочароваться. К примеру можно купить как бы обычный двигатель NEMA 17 и стандартный драйвер рекомендуемый под него, но получить постоянно перегревающуюся микросхему драйвера и невозможность нормальной работы проекта.

Посмотрим для начала какой выбор нам предоставляют самые доступные поставщики шаговых двигателей.

Особенности шаговых приводов

Повышенный интерес к гибридным ШД, а так же новые требования, предъявляемые к качеству выполняемого движения, заставили пересмотреть способ его управления. Так как шаговому управлению, наряду с явными достоинствами, присущ ряд недостатков, которые значительно сужают области применения ШД. Наиболее существенными из них являются:

1. Повышенная вибрация.

Повышенная вибрация возникает при шаговом и полушаговом способах управления на постоянной скорости из-за бесконтрольного перехода вала ротора в новую позицию, определяемую состоянием обмоток. В результате вал ротора совершает затухающие колебания относительно новой позиции до момента поступления нового импульса в обмотки.

Частично решить проблему вибрации удалось за счет разработки микрошагового способа управления, который сводится к разбиению полного шага двигателя на несколько более мелких шагов.

2. Наличие резонансных зон в рабочем диапазоне скоростей.

Во время работы двигателя, по мере увеличения скорости вращения, характер колебаний также изменяется и при совпадении частоты поступления импульсов с собственной частотой механической системы возникает резонансное явление. В результате чего момент двигателя практически полностью исчезает, что не редко приводит к пропуску шагов. В свою очередь, пропуск шагов нарушает работу всей системы.

Чтобы исключить влияние пропуска шагов на качество выполняемых операций, специалисты-технологи вводят дополнительный цикл реинициализации по истечении определенного непродолжительного времени, что, безусловно, снижает производительность таких систем.

3. Низкая динамика.

Во время переходного процесса любой привод испытывает повышенные нагрузки, так как помимо статического момента двигатель разгоняет и останавливает инерционную нагрузку, приведенную к валу двигателя. В связи с тем, что шаговый привод без обратной связи не имеет информации о текущей внешней нагрузке и текущей позиции, процесс разгона выполняется «вслепую». Поэтому, чтобы избежать выхода из синхронизма, технолог вводит плавный разгон и торможение с существенным запасом. Данный способ формирования переходного процесса ограничивает потенциальные динамические возможности привода.

Читать еще:  Suzuki h27a сколько масла в двигатель

4. Наличие ярко выраженного стоп-момента.

При приближении зубьев ротора к полюсу статора происходит резкое притяжение полюса ротора к полюсу статора, что приводит к возникновению рывка, а при удалении зубьев от полюса возникает обратный эффект, приводящий к уменьшению скорости. При вращении вала двигателя эта особенность приводит к появлению высокочастотной вибрации. Данный эффект особенно ярко выражен на малых оборотах у мощных гибридных шаговых двигателей.

5. Высокая рабочая температура привода и низкий КПД.

Чтобы избежать прокручивания вала под воздействием внешних сил, ток в обмотки двигателя подается постоянно, независимо от нагрузки на его валу, поэтому привод потребляет энергию всегда, даже при нулевом противодействующем моменте, что приводит к низкому КПД и высокой рабочей температуре привода.

6. Низкая точность позиционирования.

есмотря на то, что ШД в состоянии выполнять задачу позиционирования без датчика обратной связи, точность отработки задания не высока. Например, при использовании гибридного шагового двигателя с 50 эквивалентными полюсами ошибка позиционирования будет колебаться в диапазоне -0,9…+0,9 градусов, в зависимости от текущей статической нагрузки.

Управление ШД

Существует несколько способов управления фазами шагового двигателя.

Первый способ обеспечивается попеременной коммутации фаз, при этом они не перекрываются, в один момент времени включена только одна фаза (рис а). Этот способ называют ”one phase on” full step или wave drive mode. Точки равновесия ротора для каждого шага совпадают с «естественными» точками равновесия ротора у незапитанного двигателя. Недостатком этого способа управления является то, что для биполярного двигателя в один и тот же момент времени иcпользуется 50% обмоток, а для униполярного – только 25%. Это означает, что в таком режиме не может быть получен полный момент.

Различные способы управления фазами шагового двигателя.

Похожие материалы

  • Разработка автоматизированной информационной системы организация приема онлайн заказов для распечатывания фотографий
  • Автоматизированная информационная система для студии дизайна интерьера
  • Автоматизация процесса оценки выпускных квалификационных работ на основе компетентностного подхода
  • Разработка и исследование автоматизированной системы управления утилизации жидких отходов
  • Управление процессом ректификации

Шаговые двигатели находят широкое применение в современной автоматизации. Благодаря низкой стоимости, обширному выбору вида, режима управления, данный тип двигатель популярен не только в заводском оборудовании, но и в самоделках электротехников-любителей (например 3D-принтеры, выжигатели по дереву и прочее). Двигатели данного типа применяются в станкостроении (например в станках ЧПУ), робототехнике, 3D печати благодаря высокой точности позиционирования, широкому диапазону скоростей, быстрому старту, остановки, а также стабильной работе при различных нагрузках.

Читать еще:  Чем лучше форсировать двигатель

Шаговый двигатель позволяет осуществлять позиционирование ротора с точностью до долей градуса [1]. Отсюда возникает потребность в управлении плавным изменением скорости перемещаемого объекта шаговым двигателем, что позволит увеличить значение вращающего момента и исключить ударное воздействие на перемещаемый объект.

Существует несколько режимов для управления перемещения ротора шаговым двигателем.

Полношаговый режим — наиболее часто используемый метод управления. Из названия становится понятно, что ротор при подаче напряжения на обмотки совершает полный шаг. Например в двигатель, который состоит из 4 обмоток напряжение подается «попарно». Минус такого режима — возможен резонанс.

Полушаговый режим — режим, который применяется для увеличения точности работы двигателя. Ток подается на все пары обмоток одновременно, тем самым ротор поворачивается ровно на половину от полного шага. Данный режим менее подвержен к появлению резонанса.

Микрошаговый режим — режим, который использует в своей работе подачу тока на обмотки сигналами, а не импульсами, как в других режимах. Такой сигнал называют синусоидальным, при таком сигнале плавно изменяющим значение тока подающееся на обмотки двигателя, снижается количество рывков и ударное воздействие на перемещаемый ротором объект. Данный режим используют станки ЧПУ, так как такое плавное перемещение гарантирует точное позиционирование перемещаемого ротором объекта.

Своевременное изменение значение скорости вращаемого ротора двигателя является важным процессом в работе всей автоматической системы. Во многих станках применяются шаговые двигатели, позволяющие развивать большую мощность и точность позиционирования [2].

Максимальная рабочая скорость двигателя находится в прямой зависимости от следующих характеристик:

  • Напряжение
  • Индуктивность обмотки
  • Ток
  • Количество шагов
  • Тип подключения обмоток (4, 6 выводной и т.д.)
  • Сопротивление

Шаговый двигатель управляется последовательной поочередной подачей определенных импульсов напряжения на обмотки первой и второй фазы возбуждения [3]. Для развития больших скоростей ротору двигателя требуется начинать на низких скоростях из области старта (рисунок 1), после чего выполнять разгон плавно увеличивая величину ускорением. Важно не превышать в области старта значение максимальной скорости. При выполнении остановки вращения выполняется обратный порядок действий, а именно выполняется торможение и в области старта прекращается подача импульсов управления с микроконтроллера. Если нарушить последовательность шагов синхронное перемещение и положение ротора будут потеряны. При разгоне может возникнуть неблагоприятное явление — резонанс. Резонанс замечен меньше при таких режимах работы шагового двигателя как микрошаговый и полушаговый. При появлении резонанса падает момент, из-за чего двигатель начинает пропускать шаги. Наиболее простое решение проблемы резонанса является установка двигателя с более сильными мощностными характеристиками. Для наиболее стабильного разгона желательно иметь нагрузку, при которой момент инерции как минимум равен моменту инерции ротора. На слабо-нагруженном двигателе явление резонанса проявляется наиболее сильно.

Читать еще:  Характеристика двигателя дт 550пг

Рисунок 1. График зависимости момента шагового двигателя от скорости

Для исполнения процессов разгона или торможения важно правильно сформулировать закон, по которому изменяется значение скорости и установить максимально допустимое значение ускорения. Ускорение должно уменьшаться при увеличении инерционности нагрузки. Для выбора нужного режима разгона необходимо установить нужную скорость и добиться ее за минимальное время. Чаще всего применяется постоянное ускорение для процесса разгона и торможения двигателя.

Микроконтроллер управляет ускорением и торможением двигателя посредством заданного закона, также выполняет роль источника тактовой частоты для драйвера.

Для наиболее абстрактного от деталей случая необходимо установить зависимость длительности шага от текущей скорости.

Характеристика отражающая количество шагов, выполненных при разгоне ротора представим как:

где V — скорость, t — время, N — количество шагов, a — ускорение

Тогда длительность одного шага вычисляется как:

Отсюда следует скорость за один полный шаг:

Шаговые двигатели очень популярны в наше время, но обладают некоторыми недостатками, которые следует решить путем разработки автоматической системы интеллектуального управления скоростью шагового двигателя.

Размер шага

У шаговых двигателей есть несколько стратегий вождения, которые могут помочь им адаптироваться к различным нагрузкам и скоростям. Одной из тактик является микрошаг, который позволяет двигателю совершать шаги меньше, чем на полные шаги. Эти микрошагы снизили точность, но они также делают работу шагового двигателя более тихой на более низких скоростях.

Шаговые двигатели могут двигаться только так быстро, и двигатель не видит разницы в микро-шаге или полном шаге. Для работы на полной скорости вам обычно потребуется шаговый двигатель с полным шагом. Однако использование микроперехода по кривой ускорения шагового двигателя может значительно снизить шум и вибрацию в системе.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector