Рабочее задание
1.Изучить работу шагового двигателя.
Выполнение работы
Общие сведения и методические указания
Чертежно-графический автомат предназначен для автоматизации конструкторских работ, создания комплекта конструкторской документации путем графического воспроизведения текстовых и графических файлов, получаемых в автоматизированной системе конструкторских разработок.Чертежно-графический автомат представляет собой планшет для крепления ватмана размером первого формата с помощью электростатического прижима. Перьевая головка на два пера с механизмом их индивидуального подъема и опускания закреплена на подвижной траверсе, перемещаемой по координатам Х и Y шаговыми двигателями через шариковые винтовые пары с шагом ходового винта tх.в = 24мм.
Рис.1. Структурная схема ЧГА.
Шаговый двигатель ШД-5Д1М.
Характеристики:
- ток в цепи фазной обмотки, А 1.4;
- момент нагрузки, Н*м 0,1;
- момент инерции нагрузки, кГм2 0,000004;
- число фаз 5;
- единичный шаг, град. 0,72;
- приемистость не менее, шаг/с 2000;
- максимальный статический синхронизирующий момент 0,4;
- сопротивление фазы двигателя, Ом 1,1;
- индуктивность фазы двигателя, мГн 14;
- максимальная частота отработки шагов при
форсировке, шаг/с
а) резисторной 8000;
б) электронной 16000;
- режим работы продолжительный
Шаговый двигатель ШД-5Д1М.
Исходя из задания, выбираем привод на основе шагового двигателя
ШД-5Д1М. и блока управления шаговым приводом БУШ-2. Рассмотрим некоторые характеристики шагового двигателя ШД.
Шаговый двигатель представляет собой электромеханическое устройство дискретного действия, преобразующее электрические импульсы тока, подаваемые в его обмотки, в дозированные угловые перемещения выходного вала.
Шаговый двигатель ШД представляет собой 2-статорную машину с активным статором и реактивным зубчатым ротором.
В дискретных приводах оборудования с ЧПУ используются шаговые двигатели (ШД), являющиеся разновидностью синхронного двигателя. Шаговый двигатель для приводов Оборудования с ЧПУ представляет собой синхронную машину индукторно-реактивного типа с числом фаз m = 5. Применение реактивного ротора продиктовано стремлением увеличить число пар полюсов ШД, которое в этом случае равно числу зубцов ротора, хотя энергетические характеристики ШД с реактивным ротором уступают характеристикам ШД, имеющих ротор с постоянными магнитами.
Шаговый двигатель представляет собой машину с активным секционированным статором и многополюсным зубчатым ротором.
Рис. 2. Векторная диаграмма поля статора ШД
Блок управления шаговым двигателем БУШ-2.
Схема формирования тока двигателя.
Рис.3. Блок управления шаговым двигателем.
Блок управления шаговым двигателем БУШ-2 (см. рис. коммутатор фазового двигателя.)состоит из коммутатора фаз ШД, который строится на базе реверсивного счетчика D8 и мультиплексоров D9—D13 (рис. ниже) и релейных регуляторов тока (РТФ).
Коммутатор.
Наибольшее распространение получил несимметричный способ коммутации фаз ШД, обеспечивающий лучшую равномерность движения, последовательность переключения фаз по этому способу приведена в табл.1.
Таблица 1.
Знак «+» в таблице соответствует включенной фазе, знак «—» - отключенной. Пусть такту с номером 1 из табл.1 соответствует исходное состояние счетчика, при котором его выходной код равен нулю. При счете в положительном направлении, соответствующем движению ИУ «Вперед», следующее состояние счетчика будет соответствовать такту 2, а при счете в отрицательном направлении — такту 10 и так далее. Нетрудно убедиться, что при таком управлении коммутатором направление вектора потока будет меняться в соответствии с рис. 2. При работе коммутатора выходной код счетчика подается параллельно на информационные входы А всех мультиплексоров фаз. Состояние мультиплексора, соответствующее требуемому при данном коде счетчика состоянию фаз, обеспечивается подключением соответствующих входов D к общей точке источника питания. Например, если вход DO мультиплексора D9 подключен к нулю питающего напряжения, то при коде счетчика, равном нулю, на выходе D9 также будет нулевой уровень UK и фаза 1 будет включена.
Несмотря на недостатки дискретного привода на базе ШД, простота схемной реализации и эксплуатационная надежность делают целесообразным их применение и в настоящее время.
Счетчик.
Счетчик - это узел, который осуществляет подсчет количества поступающих от каких-либо устройств импульсов сигналов и хранение кода полученного числа.
Основными характеристиками счетчика являются разрешающая способность, быстродействие и информационная емкость. Разрешающая способность - это максимальное время между двумя сигналами, которые надежно фиксируются счетчиком. Быстродействие счетчика - величина, обратная разрешающей способности и равная числу сигналов фиксируемых счетчиком в единицу времени. Информационная емкость - максимальное число импульсов, которые могут быть подсчитаны счетчиком. Емкость счетчика определяется коэффициентом пересчета К. Базовыми элементами, из которых
Строятся счетчики являются триггеры. Счетчики различаются значением, типом и количеством используемых триггеров, режимами работы, порядком изменения состояний, организации связей между триггерами счетчика и др. 39
Счетчики могут быть одноразрядными, многоразрядными, двоичными, десятичными, а также с любыми целыми коэффициентами пересчета. По способу организации счета счетчики делят на последовательные и параллельные. В последовательных счетчиках переключение триггеров происходит последовательно во времени, в параллельных счетчиках - параллельно (одновременно) во времени.
Поскольку в ЭВМ основой является двоичная арифметика, наибольшее распространение получили двоичные счетчики. В большинстве случаев двоичные счетчики строятся на базе Т-триггеров, называемых часто счетными триггерами, осуществляющими последовательное во времени сложение по модулю 2. Можно также говорить, что счетный триггер является делителем частоты входных импульсов на два. Простейший последовательный двоичный счетчик приведен на рисунке
Микросхема К155ИЕ2 представляет собой двоично-десятичный четырехразрядный счетчик. И состоит из четырех триггеров, внутренне соединенных для деления на 2 и 5. Может использоваться также в качестве делителя на 10.
Рис. 4. Условное графическое обозначение К155ИЕ2
1 - вход счетный С2;
2 - вход установки 0 R0(1);
3 - вход установки 0 R0(2);
4,13 - свободные;
5 - напряжение питания +Uп;
6 - вход установки 9 R9(1);
7 - вход установки 9 R9(2);
8 - выход Q3;
9 - выход Q2;
10 - общий;
11 - выход Q4;
12 - выход Q1;
14 - вход счетный C1;
Релейный регулятор тока
В ШД электромагнитное поле создается токами фаз статора. Поэтому энергия электромагнитной системы и развиваемый двигателем момент должны иметь квадратичную зависимость от тока статора. При вращении ротора в результате изменения взаимной индуктивности между статором и ротором в обмотках фаз возникает генераторная ЭДС, приводящая при высоких скоростях вращения к снижению тока и момента ШД. Для уменьшения влияния ЭДС вращение на ШД используются различные способы форсировки нарастания и спадания тока фазы. Среднее значение тока статора необходимо поддерживать постоянным. Наиболее распространение получила стабилизация тока статора на заданном уровне с использованием релейного регулятора тока (РРТ) (рис.5).
При нулевом уровне сигнала Uк от коммутатора фаз на выходе элемента D3 появляется сигнал, разрешающий включение фазы. Транзисторные ключи V1 и V4 открываются, и ток фазы начинает нарастать до значения 
, задаваемого переменным резистором R1 и устанавливаемого и фактического
тока фазы сравнивается на усилителе А1.
Рис.5. Принципиальная схема релейного регулятора тока.
Рис.6. Токи и ЭДС статора ШД.
После того как ток фазы достигнет значения , полярность напряжения на выходе операционного усилителя А1 изменяется, ключ V1 размыкается и ток фазы спадает по цепи V2–V4–R9 до значения 
, определяемого коэффициентом усиления А1. После того как 
спадает до , ключ V1 открывается и возобновляется процесс нарастания тока. Таким образом в РРТ возникает автоколебательный процесс, в результате которого ток поддерживается постоянным, а напряжение фазы Еф изменяется по релейному закону. Период включения Тв зависит от постоянной фазы и ЭДС вращения. Усилитель А3 обеспечивает защиту при превышении током фазы аварийного значения, порог которого задается резистором R5. В этом случае изменяется полярность сигнала на выходе А3 и ключ V2 размыкается. При отключении фазы сигнал коммутатора S1 устанавливается на уровне логической единицы, ключи V1 и V2 размыкается и происходит разряд запасённой в индуктивности фазы электромагнитной энергии через диодыV2, V3 и источник Еи. При этом напряжение прикладывается к обмотке Lф в противоположной полярности, что способствует форсированному спадания тока за время Тс.
|
Рис.7. Структурная схема блока управления линейного ШД
Рис.8. Схема шагового двигателя.
Выводы: Освоили ручной режим работы приводом ЧГА.