Шаговые двигатели механические характеристики

Электропривод с линейными двигателями

Подавляющее большинство электродвигателей является электродвигателями вращательного движения. В то же время многие рабочие органы производственных машин должны по технологии своей работы осуществлять поступательное (например, конвейеры, транспортеры и др.) или возвратно-поступательное движение (механизмы подачи станков, манипуляторы, поршневые и другие машины).

Преобразование вращательного движения в поступательное осуществляется посредством специальных кинематических звеньев: винт-гайка, шарико-винтовая передача, шестерня-зубчатая рейка, кривошипно-шатунная передача и другие.

Естественным для конструкторов рабочих машин является желание использовать для привода рабочих органов, совершающих поступательное и возвратно-поступательное движение, двигателей, ротор которых движется линейно.

В настоящее время получают развитие электроприводы, использующие линейные асинхронные, вентильные и шаговые двигатели. Принципиально линейный двигатель любого типа может быть образован из двигателя вращательного движения путем линейной развертки цилиндрического статора в плоскость.

Представление об устройстве линейного асинхронного двигателя можно получить, если развернуть статор асинхронного двигателя в плоскость. При этом вектор намагничивающих сил статора будет линейно перемещаться вдоль развертки статора, т.е. при этом образуется не вращающееся (как в обычных двигателях), а бегущее электромагнитное поле статора.

В качестве вторичного элемента может использоваться ферромагнитная полоса, располагаемая с небольшим воздушным зазором вдоль развертки статора. Эта полоса играет роль короткозамкнутого ротора. Вторичный элемент увлекается движущимся полем статора и линейно перемещается со скоростью, меньшей скорости движения поля статора на величину линейного абсолютного скольжения.

Линейная скорость бегущего электромагнитного поля будет

где τ, м — полюсное деление — расстояние между соседними полюсами линейного асинхронного двигателя.

Скорость вторичного элемента

где sЛ — относительное линейное скольжение.

При питании двигателя напряжением стандартной частоты получаемые скорости поля будут достаточно велики (более 3 м/с), что затрудняет использование этих двигателей для привода промышленных механизмов. Такие двигатели применяются для высокоскоростных транспортных механизмов. Для получения более низких скоростей движения и регулирования скорости линейного асинхронного двигателя его обмотки питают от преобразователя частоты.

Рис. 1. Конструкция линейного однокоординатного двигателя.

Применяются несколько вариантов конструкций линейного асинхронного двигателя. Одна из них показана на рис. 1. Здесь вторичный элемент (2) — полоса, соединенный с рабочим органом, перемещается по направляющим 1 под действием бегущего электромагнитного поля, создаваемого статором 3. Такая конструкция удобна для компоновки с рабочей машинной, однако, она сопряжена со значительными потоками рассеяния поля статора, вследствие чего cosφ двигателя будет низким.

Рис.2. Линейный двигатель цилиндрической конструкции

Для увеличения электромагнитной связи между статором и вторичным элементом, последний размещают в прорезь между двумя статорами, либо конструкция двигателя выполняется в виде цилиндра (см. рис. 2). В этом случае статор двигателя представляет собой трубку (1), внутри которой расположены цилиндрические наборные катушки (2), являющиеся обмоткой статора. Между катушками размещены ферромагнитные шайбы 3, являющиеся частью магнитопровода. Вторичный элемент — шток трубчатой формы также выполнен из ферромагнитного материала.

Линейные асинхронные двигатели могут также иметь обращенную конструкцию, когда вторичный элемент неподвижен, а перемещается статор. Такие двигатели обычно применяются на транспортных средствах. В этом случае в качестве вторичного элемента используется рельс или специальная полоса, а статор размещается на подвижной тележке.

Недостатком линейных асинхронных двигателей является низкий к.п.д и связанные с этим потери энергии, прежде всего, во вторичном элементе (потери скольжения).

В последнее время кроме асинхронных начали применяться синхронные (вентильные) двигатели. Конструкция линейного двигателя такого типа аналогична представленной на рис. 1. Статор двигателя развернут в плоскость, а на вторичном элементе размещаются постоянные магниты. Возможен вариант обращенной конструкции, когда статор является подвижной частью, а вторичный элемент с постоянными магнитами неподвижен. Переключение обмоток статора производится в зависимости от относительного положения магнитов. С этой целью в конструкции предусмотрен датчик положения (4 — на рис. 1).

Читать еще:  Двигатель zzr 1100 1 поколение чем отличается от 2

Для позиционных приводов эффективно применяются также линейные шаговые двигатели. Если развернуть в плоскость статор шагового двигателя, а вторичный элемент выполнить в виде пластины, на которой путем фрезерования канавок образованы зубцы, то при соответствующем переключении обмоток статора вторичный элемент будет совершать дискретное движение, шаг которого может быть весьма малым — до долей миллиметра. Часто применяется обращенная конструкция, в которой вторичный элемент неподвижен.

Скорость линейного шагового двигателя определяется величиной зубцового деления τ, числом фаз m и частотой переключения

Получение высоких скоростей движения не вызывает трудностей, поскольку увеличение зубцового деления и частоты не лимитируется технологическими факторами. Ограничения существуют для минимального значения τ, т.к. отношение зубцового деления к величине зазора между статором и вторичным элементом должно быть не меньше 10.

Использование дискретного привода позволяет не только упростить конструкцию механизмов, совершающих линейное однокоординатное движение, но и дает возможность с помощью одного привода получить двух или многокоординатное движение. Если на статоре подвижной части расположить ортогонально две системы обмоток, а во вторичном элементе выполнить канавки в двух перпендикулярных направлениях, то подвижный элемент будет совершать дискретное движение в двух координатах, т.е. обеспечивать перемещение на плоскости.

В этом случае возникает задача создания опоры для подвижного элемента. Для ее решения может использоваться воздушная подушка — напор воздуха, подаваемого в пространстве под подвижным элементам. Линейные шаговые двигатели развивают относительно низкое тяговое усилие и имеют низкий к.п.д. Основной областью их применения являются легкие манипуляторы, легкие сборочные станки, измерительные машины, станки для лазерной резки и другие устройства.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Ранее на эту тему: Электропривод

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Шаговые электродвигатели. Преимущества и недостатки.

Сферы применения шаговых двигателей поражают своим разнообразием: различные станки ЧПУ, роботы, автоматические инструменты, офисная техника. Но есть один фактор, который их объединяет — в каждой области требуется высокая точность позиционирования, при сохранении конструктивной простоты устройства.
Шаговый электродвигатель — это синхронный бесщеточный двигатель, который преобразует электрическую энергию в механическую. В отличии от остальных двигателей, шаговый работает дискретно.
Как и все моторы, шаговые двигатели состоят из ротора, на котором установлены постоянные магниты, и статора, в состав которого входят катушки(обмотки).

В результате протекания импульсного потока через обмотку меняется ориентация магнитного поля между полюсами статора и создается механическое поворотное усилие. Необходимые угловые перемещения или шаги ротора производятся последовательной активацией обмоток статора. У шаговых двигателей отсутствует пусковая обмотка, т.к. используется частотный пуск, и для осуществления установки ротора в нужную позицию нет необходимости в датчике положения. Отсутствие коллектора повышает надежность и долговечность устройства.

В машиностроении наибольшее распространение получили шаговые электродвигатели с угловым перемещением 1,8°/шаг (200 шагов/об) или 0,9°/шаг (400 шаг/об).

Приборы такого типа применяются в промышленности в качестве исполнительных устройств. Шаговые двигатели устанавливаются в устройствах с дискретным управлением при необходимости точного позиционирования исполнительных механизмов, в том числе резцов и плазменных резаков с точность до десятых миллиметра. Их также используют в оборудовании с непрерывным перемещением и импульсным управлением, в котором характер движения задается программно, например, в станках с ЧПУ. Кроме промышленного и бытового секторов шаговые двигатели находят применение в творчестве радиолюбителей, изготовлении роботов, самодельных движущихся устройств, самодельных станков с ЧПУ и т.д.

К преимуществам шаговых двигателе можно отнести такие характеристики:

  • высокая точность угла поворота при подаче потенциалов на обмотки;
  • наибольшая рациональность при автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика, то есть такие устройства наиболее эффективны в низко динамических системах;
  • экономическая выгода в 1,5-2 раза в сравнении с серво приводными двигателями;
  • простота установки оборудования, подключения и управления;
  • высокая безопасность, надежность и долговечность;
  • не требует наличия редуктора, т.к. на низких оборотах угловой момент оказывается достаточным для любого применения;
  • при выходе из строя устройство просто останавливается;
  • для определения текущего углового положения ротора не используется усложняющая схему обратная связь.
Читать еще:  Asx датчик температуры двигателя

Среди недостатков следует указать такие характеристики:

  • возможность «проскальзывания» ротора при превышении нагрузки на валу, которая устраняется посредством применения датчиков либо увеличения мощности двигателя;
  • невысокий коэффициент полезного действия и высокое удельное потребление энергии;
  • невысокая мощность по сравнению с электродвигателями других типов со сходными характеристиками;
  • возможность возбуждения механических резонансов и снижения крутящего момента, вызванных вибрациями вследствие дискретности шага;
  • повышенный нагрев и шум при работе;
  • высокая инерционность и низкая устойчивость к перегрузкам;
  • зависимость углового момента от частоты вращения ротора;
  • затруднительный контроль точности позиционирования из-за отсутствия контура обратной связи в отличии от сервоприводных двигателей.

Таким образом, понимая целесообразность использования шаговых приводов, вам будет легче определиться с выбором комплектации вашего станка с ЧПУ.

Детальную информацию о сервоприводах, которые используются в станках плазменной резки Quantec Advance, Вы можете прочитать в блоге

Мы производим лучшие станки плазменной резки с ЧПУ, предлагая Вам только качественные решения и оправдывая Ваши инвестиции в производство.

Устойчивость механического движения

Страницы работы

Содержание работы

Устойчивость [L1] механического движения

При рассмотрении типовых статических нагрузок от механизмов, действующих в электроприводе, были установлены их характерные зависимости, общий вид которых приведен на рис. ,а. Здесь 1– механическая характеристика, не зависящая от скорости, 2 – линейно-возрастающая характеристика, 3 – нелинейно-возрастающая (параболическая) характеристика, 4 – нелинейно-спадающая характеристика.

В силу того, что двигатель является источником механической энергии для механизма, то для выполнения режимов работы механизма целесообразно иметь достаточно полное соответствие механических характеристик двигателя механическим характеристикам механизма. Типы механических характеристик двигателя представлены на рис. ,б. Здесь 1– абсолютно жесткая характеристика, 2 – жесткая механическая характеристика, 3 – мягкая характеристика. 4 – абсолютно мягкая характеристика. Они обладают одним общим свойством – скорость есть убывающая функция момента. Для оценки этого свойства вводится понятие модуля жесткости статической механической характеристики β = dM/dω. Чем больше модуль жесткости характеристик, тем более стабильнее скорость электропривода при широких изменениях его нагрузки, и наоборот. Модуль жесткости применим для оценки как линейных, так и нелинейных характеристик. Линейные характеристики обладают постоянным значением модуля жесткости. На рабочих участках механических характеристик двигателей модуль жесткости имеет отрицательное значение. Если значение модуля жесткости равно бесконечности, то такая характеристика называется абсолютно жесткой. В этом случае как бы ни изменялся момент двигателя, его скорость остается постоянной (кривая 1). Такую характеристику имеют синхронные машины, шаговые двигатели. Если при широком изменении момента скорость двигателя изменяется в пределах 1…10%, то механическая характеристика называется жесткой (кривая 2). Примером может служить механическая характеристика двигателя постоянного тока независимого возбуждения, а также рабочая часть механической характеристики асинхронного двигателя (s М2 и Мст > М1 – М2 . Под действием появившейся недостаточности момента двигателя возникает замедление электропривода, что приведет к изменению момента двигателя по его характеристики , а изменение момента механизма по его. Этот процесс закончится, когда характеристики не пересекутся в новой точке (точка 2). В этой точке возникнет новое равновесие, но уже при новом значении скорости ω2.

Поскольку одной из основных показателей механических характеристик является модуль жесткости, то он по своей структуре подходит для формирования критерия устойчивости работы электропривода. Для рассматриваемого примера условие устойчивости запишется βдв – βст 0.

Читать еще:  Холостые обороты двигателя 3ct

При проектировании электропривода механическая характеристика производственного механизма является заданной. Поэтому получение устойчивой работы в установившемся режиме для определенных скоростей и статических моментов механизма необходимо подбирать механическую характеристику электропривода или формировать ее различными схемными решениями и аппаратными средствами. При анализе статической устойчивости электропривода рассматриваются только его начальное и конечное состояние на основании статических характеристик двигателя и механизма. Динамические моменты, время перехода от начального состояния к конечному, не учитывались, не рассматривался и характер движения электропривода в течение этого процесса. Учет перечисленных факторов является сущностью исследования динамической устойчивости и этим в большей мере занимается теория автоматического управления.

АРМ доводки механического подвеса

Проект выполнен по заказу нашей головной компании. Механический подвес — это один из элементов в конструкции гироскопов, серийно выпускаемых на механическом производстве компании. Процесс доводки подразумевает достижение требуемых характеристик жесткости подвесов, путем механической доработки на специализированном оборудовании. Основными задачами, решаемыми при создании автоматизированного рабочего места (АРМ), являлись:

уменьшение трудоемкости процесса доводки подвесов;
устранение человеческого фактора, при выполеннии операции доводки;
увеличение производительности на данном участке производства;
увеличение количества выхода годных приборов;
получение контроля над всеми этапами доводки;
обеспечение возможности сохранения результатов процесса доводки подвесов в базе данных, с последующим просмотром и анализом;
автоматическое формирование протокола испытаний и паспорта на каждый выпущеный экземпляр.
Рабочее место состоит из следующих элементов:

автоколлиматора;
шаговых двигателей для поворота оси подвеса и для подъема/опускания груза;
контроллера шаговых двигателей;
специализированной механической оснастки для установки подвеса;
зеркала;
персонального компьютера.
Испытуемый механический подвес устанавливается в специализированную оснастку, на него одевается зеркало, предназначенное для вычисления автоколлиматором угла отклонения подвеса от своей оси при его нагружении.

Автоколлиматор соединен с компьютером и предназначен для измерения углов отклонения от оси механического подвеса под воздействием на него массы груза.

Один из шаговых двигателей предназначен для вращения подвеса вокруг оси, другой — для подачи/снятия нагрузки на ось подвеса.

Шаговые двигатели управляются контроллером, который, как и автоколлиматор, соединен с компьютером.

Цикл измерения характеристик состоит из последовательностей поворота подвеса на определенный угол вдоль оси и нагружения подвеса грузом, с последующим измерением отклонения оси под действием веса груза. После цикла измерения следует математическая обработка результатов с вычислением значений параметров, сравнением с требуемыми значениями. После этого, оператору-доводчику на экран компьютера выводятся результаты и рекомендации по доводке подвеса, одновременно эти результаты помещаются в базу данных вместе с серийным номером подвеса и номером цикла доводки. После механической доработки подвеса, оператор-доводчик повторяет цикл измерения, до тех пор, пока не будут достигнуты требуемые механические характеристики. После завершения измерения, автоматически генерируются протокол испытаний и паспорт.

Нашей основной задачей являлось создание программного обеспечения для компьютера автоматизированного рабочего места доводки механических подвесов.

Выполнение проекта заняло 2 месяца.

В результате выполнения проекта удалось достичь увеличения производительности труда, уменьшить трудоемкость выполнения операции доводки, уйти от ручного труда, автоматизировать выпуск документов на приборы. Рабочее место было полностью интегрировано в существующую информационную систему предприятия. Результаты доводки попадают в единую базу данных по приборам, это позволяет связывать конкретные экземпляры подвесов с приборами, в которые они утанавливаются, и прослеживать весь путь прибора от сборки из отдельных элементов до окончания эксплуатации и, оперативно получать подробную информацию по любому когда-либо выпущенному прибору. Инженеры-исследователи получили инструмент для анализа выпускаемых приборов и производственных показателей. Мастера получили возможность оценивать качество работы своих подчиненных. По результатам успешной опытной эксплуатации автоматизированного рабочего места заказчиком было решено организовать еще два таких рабочих места для проведения доводки других типов механических подвесов, что и было осущетсвлено.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector