Следящий шаговый электропривод. Особенности шагового привода САУ, страница 5

.

Если отклонить ротор, находящийся в фиксированном положении, на некоторый угол, то магнитная проводимость уменьшится и возникнет синхронизирующий момент, который будет стремиться возвратить ротор в прежнее положение. Количественно магнитный момент в статическом режиме ШД можно представить как степень изменения сосредоточенной в воздушном зазоре электромагнитной энергией и угла отклонения ротора от равновесного состояния:

.

Электромагнитная энергия в воздушном зазоре ШД является периодической функцией угла рассогласования ротора ЁЁЁЁ, а т.к. связь между углом рассогласования и геометрическим углом определяется выражением ЁЁЁЁ, то выражение электромагнитного момента двигателя принимает вид:

ЁЁЁЁ

Электромагнитная энергия в воздушном зазоре ШД

ЁЁЁЁ

где ЁЁЁЁ – М.Д.С. управляющей обмотки статора на пару полюсов;

ЁЁЁЁ – полная магнитная проводимость воздушного зазора.

При этом статический электромагнитный момент определяется как

Разрыв в конспекте

a_р – угол поворота ротора, соответствующий точке равновесия;

М_н – момент нагрузки.

Равенство механического момента и момента двигателя из (1), если пренебречь моментом сухого трения, с учетом (3) дает следующее:

.           (5)

Линеаризация уравнений (2) и (5) относительно точки установившегося равновесия приводит к следующим выражениям для передаточной функции ШД при отработке единичного шага:

,                                               (6)

где ; Р – число пар полюсов ШД.

Электромагнитные переходные процессы могут быть учтены звеном чистого запаздывания. Передаточная функция (6) принимает вид:

;                                    (6)

где t_дв – постоянная времени, определяемая отношением индуктивности и активного сопротивления цепи обмоток управления.

Помимо рассмотренных звеньев, в эквивалентную структурную схему шагового привода может входить нелинейное звено, обусловленное способностью ШД отрабатывать в каждый момент только один шаг, независимо от амплитуды входного импульса: идеальный импульсный элемент и т.д. Элементный состав структурной схемы в каждом конкретном случае зависит как от особенностей следящей системы, так и от режимов самого привода.

§ 7.6. Структурные схемы шаговых приводов

Основной составной частью автоматической системы с ШД является шаговый привод, который может быть построен, как уже отмечалось, по разомкнутой или замкнутой схеме. Разомкнутый ШП (рис. 7.9) состоит из электронного блока управления БУ и шагового двигателя ШД. Блок управления преобразует последовательность импульсов входного сигнала f_вх в многофазную систему напряжений, приложенных к фазам ШД. Обычно БУ состоит из формирователя импульсов ФИ, электронного коммутатора (распределителя импульсов) РИ и выходного усилителя мощности УМ.

Реже БУ выполняется без электронного коммутатора, а входные импульсы f_вх с требуемым фазовым сдвигом поступают по нескольким каналам. Разомкнутый ШП непосредственно реагирует на импульсные команды, причем информационная характеристика сигнала определяется только частотой и числом импульсных посылок. Изменение в определенных пределах амплитуды и формы импульсов не нарушает нормальной работы. Скорость вращения и суммарный угол поворота вала двигателя пропорциональны соответственно частоте и числу поданных импульсов; при отсутствии сигнала (нулевая частота) коммутация фаз прекращается, поле в рабочем зазоре двигателя останавливается, а ШД развивает значительный статический синхронизирующий момент. Это позволяет приводу фиксировать, т.е. "запоминать" конечные координаты перемещений.

Динамические (частотные) возможности разомкнутого ШД принципиально ограничены, т.к. ШД синхронизируется только в пределах одного полюсного деления, т.е. в пределах одной полуволны пространственной кривой синхронизирующего момента. Этим определяется допустимое рассогласование в системе при пуске, торможении, реверсе, и других переходных режимах, связанных с изменением частоты команд, напряжения источника питания или нагрузки.