Реферат: Электропривод

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮРФ

ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ

ФАКУЛЬТЕТ ЭЛЕКТРОНИКИ ИПРИБОРОСТРОЕНИЯ

Кафедра «Проектирование,

технология электронных

и вычислительных средств»

РЕФЕРАТ

«Электропривод»

по курсу «Введение в специальность»

Выполнил студент группы 11-Р                       Пресняков В.М.

      10 декабря 2005 г.

Руководитель                                                    Тугарев А.С.

«__»______________ 2006г.

Орёл, 2006

Содержание:

Введение________________________________________________________3

1 Классификация электрическихмашин______________________________3

2 Асинхронный электропривод_____________________________________5

3 Синхронныйэлектропривод______________________________________ 7

4 Электропривод свентильным двигателем___________________________8

5 Электропривод с шаговымдвигателем_____________________________ 9

5.1 Принцип действия иосновные свойства шагового двигателя________ 10

5.2 Схемы управленияшаговым двигателем_________________________ 12

6 Коллекторный электропривод___________________________________ 14

Список использованных источников________________________________16

<span Times New Roman",«serif»; mso-fareast-font-family:«Times New Roman»;mso-ansi-language:RU;mso-fareast-language: RU;mso-bidi-language:AR-SA">

Введение

XXIвек — это миртехники. Могучие машины добывают из  недрземли миллионы тонн угля, руды, нефти. Мощные электростанции вырабатывают   миллиарды киловатт-часов электроэнергии.Тысячи фабрик и заводов изготавливают одежду, радиоприемники, телевизоры,велосипеды, автомобили, часы и другую необходимую продукцию. Телеграф, телефони радио соединяет нас со всем миром. Поезда, теплоходы, самолеты  с большой скоростью переносят нас через материкии океаны. Все  это действует не без помощиэлектричества и электропривода.

Электропривод представляет собойэлектромеханическую систему, состоящую из электродвигательного,преобразовательного, передаточного и управляющего устройств, предназначеннуюдля приведения в движение исполнительных органов рабочей машины и управленияэтим движением.

Современное машинное устройство или, какего называют иначе, производственный агрегат состоит из большого числаразнообразных деталей, отдельных машин и аппаратов, выполняющих различныефункции. Все они в совокупности совершают работу, направленную на обеспечениеопределенного производственного процесса.

1Классификация электрических машин

Электрические машины — электро­механические преобразователи— можно разделить на три класса: ин­дуктивные электрические машины, в которыхрабочим полем является маг­нитное поле; емкостные электро­механическиепреобразователи, в которых преобразование электрической энергии в механическуюи обратно осуществля­ется электрическим полем, и индуктив­но-емкостные электро­механическиепреобразователи, в которых электро­механическое преобразование осущест­вляетсямагнитным и электрическим полями. Принципиальные схемы электро­механическихпреобразователей показаны на рисунке 1 [1].

<img src="/cache/referats/21003/image001.jpg" v:shapes="_x0000_i1025">

Рисунок 1 – Принципиальные схемы электропривода

В индуктивных электро­механических преобразователяхэлектромехани­ческое преобразование энергии проис­ходит за счет измененияиндуктивнос­ти (потокосцеплений) обмоток, а в ем­костных электромеханическихпреобразователях—за счет изменения емко­сти. Индуктивно-емкостные электро­механическиепреобразователи в про­стейшем случае представляют собой объединение в однуэлектромеханичес­кую систему движущихся частей и электрических цепей индуктивнойи ем­костной машин (рисунок 1).

По режиму работы элект­рические машины делятся нагенера­торы и двигатели.

В генераторах механическая энер­гия, подводимая к валумашины, преобразуется в электрическую энергию. В двигателях электрическая энер­гияпреобразуется в механическую энергию.

Одна и та же электрическая маши­на может работать идвигателем, и ге­нератором. Однако у генераторов и двигателей обычно имеютсяконструк­тивные отличия, и на заводском щите машины указывается режим работы.

Хотя электро­механические преобразователи сэлектрическим рабочим полем появились раньше индуктивных, они как силовые электро­механическиепреобразователи не нашли про­мышленного применения. Сделаны по­ка лишь робкиепопытки создания ин­дуктивно-емкостных электро­механических преобразователейпри использо­вании магнитострикционного и пьезо­электрического эффектов.

Все разновидности индуктивных электрических машин породу питания можно разделить на машины переменного и постоянного тока.

Машины переменного тока делятся на синхронные иасинхронные (не­синхронные), коллекторные машины переменного тока итрансформаторы.

В синхронных машинах угловая скорость ротора ωри угловая скорость магнитного поля ωс с равны друг другу.

В асинхронных машинах угловая скорость ротора не равнаугловой ско­рости поля: ωр≠ωс. При этом ωрмо­жет быть меньше или больше угловой скорости поля. Направления вращенияротора и поля статора могут быть про­тивоположны.

Коллекторные машины переменно­го тока отличаются отасинхронных и синхронных машин тем, что имеют ме­ханический преобразовательчастоты и числа фаз — коллектор, который сое­динен с обмоткой статора илиротора.

Трансформаторы — электромагнит­ные преобразователиэнергии. В них не происходит преобразования элект­рической энергии вмеханическую и обратно, а имеет место преобразова­ние электрической энергииодного ви­да в другой. Трансформаторы выпол­няются таким образом, что обмоткине могут перемещаться относительно друг друга.

Синхронные машины могут рабо­тать в режиме потребленияили отда­чи в сеть реактивной мощности. Такие машины называются синхроннымикомпенсаторами.

Электрические машины, как прави­ло, выполняются содной вращающей­ся частью — ротором и неподвижной частью — статором. Когда вращаетсятолько ротор, машина имеет одну сте­пень свободы. Такие машины называ­ютсяодномерными.

Электромагнитный момент в элект­рических машинахприложен и к рото­ру, и к статору. Если дать возможность вращаться обеим частяммашины, они будут перемещаться в противополож­ные стороны. У машины, в котороймо­жет вращаться и ротор, и статор, — две степени свободы. Это двухмерные машины.В навигационных приборах ротором может быть шар, который вращается двумястаторами, располо­женными под углом 90°. Такие маши­ны имеют три степенисвободы. В кос­мической электромеханике приходится рассчитывать шестимерныеэлектроме­ханические системы, в которых статор и ротор имеют три степени  свободы [1].

2Асинхронный электропривод

Асинхронный электродвигатель, электрическаяасинхронная машина для преобразования электрической энергии в механическую.Принцип работы асинхронного электродвигателя основан на взаимодействиивращающегося магнитного поля, возникающего при прохождении трехфазногопеременного тока по обмоткам статора, с током, индуктированным полем статора вобмотках ротора, в результате чего возникают механические усилия, заставляющиеротор вращаться в сторону вращения магнитного поля при условии, что частотавращения ротора n меньше частоты вращения поля, ротор совершает асинхронноевращение по отношению к полю.

Впервые явление, названное магнетизмом вращения,продемонстрировал французский физик Д. Ф. Араго (1824). Он показал, чтоукрепленный на вертикальной оси медный диск начинает вращаться, если вращатьнад ним постоянный магнит. Спустя 55 лет, 28 июня 1879, английский ученый У.Бейли получил вращение магнитного поля поочередным подключением обмоток 4стержневых электромагнитов к источнику постоянного тока. В работах М. Депре(Франция, 1880—1883), И. Томсона (США, 1887) и др. описываются устройства,основанные также на свойствах вращающегося магнитного поля. Однако строгоенаучное изложение сущности этого явления впервые, практически одновременно инезависимо друг от друга, было дано в 1888 итальянским физиком Г. Феррарисом ихорватским инженером и ученым Н. Тесла.

Двухфазный асинхронный электродвигатель, был изобретенН. Тесла в 1887, публичное сообщение об этом изобретении он сделал в 1888.Распространения этот тип асинхронного двигателя не получил главным образомиз-за плохих пусковых характеристик. В 1889 М. О. Доливо-Добровольский испыталсконструированный им первый в мире трехфазный асинхронный двигатель, в которомприменил ротор типа «беличье колесо», а обмотку статора разместил в пазах повсей окружности статора. В 1890 Доливо-Добровольский изобрел фазный ротор скольцами и пусковыми устройствами). Через 2 года им же была предложена конструкцияротора, названная «двойной беличьей клеткой», которую, однако, стали широкоприменять только с 1898 благодаря работам французского инженера П. Бушеро, представившегоасинхронный электродвигатель с таким ротором, как двигатель со специальнымипусковыми характеристиками.

Конструктивное оформление асинхронногоэлектродвигателя, их мощность и габариты зависят от назначения и условий работы.

Например, двигатели с воздушным и водяным охлаждением(общего применения); герметичные, маслонаполненные (для электробуров) ивзрывобезопасные (для работы в шахтах, взрывоопасных помещениях и др.); пыле-,брызгозащищенные (для применения в морских условиях и тропическом климате) и т.д. Некоторые виды асинхронных двигателей (например, шаговые, для следящихсистем, схем автоматики и телемеханики, со ступенчатой регулировкой скорости ипр.) разрабатываются и выпускаются комплектно с блоками управления и пускозащитнойаппаратурой, с встроенными редукторами. Трехфазные асинхронные электродвигателисравнительно с однофазными обладают лучшими пусковыми и рабочимихарактеристиками. Основные конструктивные элементы асинхронных двигателей:статор — неподвижная часть (рисунок 2а) и ротор — вращающаяся часть (рисунок 2б, в).В соответствии со способом выполнения роторной обмотки асинхронного мотораделятся на двигатели с контактными кольцами и короткозамкнутые. Воздушный зазормежду статором и ротором у асинхронного электромотора делается по возможностималым (до 0,25 мм). Частота вращения ротора асинхронного электродвигателязависит от частоты вращения магнитного поля статора и определяется частотой питающеготока и числом пар полюсов двигателя [2].

<img src="/cache/referats/21003/image002.gif" v:shapes="_x0000_i1026">

Рисунок 2 – Схема асинхронного двигателя[3].

При пуске асинхронного электродвигателя скороткозамкнутым ротором возникает пусковой ток, сила которого превышает силуноминального тока в 4—7 раз. Поэтому прямое включение в сеть применяется толькодля моторов мощностью до 200 кВт. Более мощные асинхронные электромоторы скороткозамкнутым ротором включают сперва на пониженное напряжение, чтобы силапускового тока снизилась в 3—4 раза. С этой же целью применяют пускасинхронного двигателя через автотрансформатор, включенный на время пускапоследовательно с обмоткой статора. Силу пускового тока двигателей с фазнымротором ограничивают пусковым сопротивлением в цепи ротора, которое в процессеразбега ротора постепенно уменьшают. После запуска асинхронногоэлектродвигателя обмотку ротора замыкают накоротко. Для уменьшения потерь натрение и износа щеток их обычно поднимают щеткоподъемным приспособлением,которое перед этим замыкает накоротко обмотку ротора через кольца.

Частоту вращения асинхронного электромотора регулируютв основном изменением числа пар полюсов, сопротивления, включенного в цепьротора, изменением частоты питающего тока, а также каскадным включениемнескольких машин. Направление вращения асинхронного электромотора изменяютпереключением любых двух фаз обмотки статора.

Асинхронный электродвигатель благодаря простоте впроизводстве и надежности в эксплуатации широко применяют в электрическомприводе. Основные недостатки асинхронного двигателя — ограниченный диапазонрегулирования частоты вращения и значительное потребление реактивной мощности врежиме малых нагрузок. Создание регулируемых статических полупроводниковых преобразователейчастоты существенно расширяет область применения асинхронного двигателя вавтоматических регулируемых электроприводах [3].

3 Синхронный электропривод

Важным достоинством синхронных машин является их способ­ность экономичногогенерирования и потребления реактивной мощ­ности, так как они возбуждаются постояннымтоком. Поэтому они используются как генераторы на электростанциях, а также как компенсаторы. Вспециальных приводах синхронные машины используются и в качестве двигателей. Из-заналичия системы воз­буждения электромагнитные процессы в синхронной машине слож­ны, и еще сложнее этипроцессы протекают в случае применения двух обмоток возбуждения, дающих возможностьсущественно улучшить рабочие свойства машины, повысить ее устойчивость, энергетическиепоказатели [12].

Схема неявнополюсной синхронной машины основногоисполнения представлена на (рисунке 3). Обмотка якоря 1 расположена в пазахстатора, а об­мотка возбуждения 2— на роторе. Демпферной обмоткой являются пазовыеклинья и стальной массивный ро­тор 3. Мощность возбуждения состав­ляетнесколько процентов мощности машины, поэтому в этом исполнении щеточный аппаратработает надежно, а так как в обмотке возбуждения про­текает постоянный ток,для его подво­да требуются два кольца и две щетки.

<img src="/cache/referats/21003/image004.jpg" v:shapes="_x0000_i1027">

Рисунок 3 – Схема синхронного двигателя [1]

Переходные процессы в ЭП с СД отличаются большимразнообразием и сложностью. Они возникают при пуске и торможении (остановке)СД, при синхронизации его с сетью, увеличении (набросе) снижении (сбросе),механической нагрузки, регулировании тока в возбуждения, изменении напряженияпитающей сети, вызываемом в т числе и короткими замыканиями в электрическихсетях и линиях электропередач. Изучение этих переходных процессов представляетсобой сложную задачу. Определяется это тем, что СД имеет несколько обмоток — статора,возбуждения и пусковую, обтекаемые переменным и постоянным токами, которыемагнитно связаны друг с другом и в процессе работы двигателя непрерывно меняютрасположение относительно друг друга. Кроме того, во многих случаях необходимоучитывать и взаимодействие СД и питающей сети [1].

В общем случае переходные процессы в синхронном ЭПявляются электромеханическими, т. е. процессы в электрической и механическойчастях ЭП связаны друг с другом и имеют, как правило, колебательный характер [4].

4 Электропривод с вентильным двигателем

Вентильным называется синхронный двигатель сэлектронным коммутатором напряжения, к которому подключена обмотка статора, идатчиком положения ротора, установленным на вал двигателя и управляющим работойкоммутатора в зависимости с положения ротора. Датчик положения роторагенерирует периодические сигналы, по которым открываются и закрываются ключикоммутатора, подключающего к сети соответствующие обмотки статора. В результатеэтого магнитное поле статора вращается с той же средней скоростью, что и ротор [5].

Простейшей схемой вентильного двигателя являетсядвухфазная схема, но наибольшее применение нашла трехфазная схема (рисунок 4).В этой схеме вентильная коммутация осуществляется трехфазным инвертором.

<img src="/cache/referats/21003/image006.jpg" v:shapes="_x0000_i1028">

Рисунок 4 – Схема трехфазного двигателя [1]

Система вентильной коммутации обычно состоит издатчика синхронизирующих сигна­лов, системы формирования сигналов управле­ния иуправляемого коммутатора.

Датчик синхронизирующих сигналов за­дает порядок ичастоту переключения элемен­тов коммутатора. При позиционном управле­нии—этодатчик положения ротора, а при фа­зовом—датчик фазы напряжения якорной об­мотки.Датчик положения ротора представляет собой встроенный в машину узел, состоящийиз чувствительных элементов, закрепленных на статоре, и сигнальных элементов,закреплен­ных на роторе. Обычно используются фотоэлек­трические или магнитомодуляционныедат­чики.

Система формирования сигналов управле­ния обеспечиваетусиление и формирование синхронизирующих сигналов.

Управляемый коммутатор осуществляет бесконтактныепереключения в силовых цепях вентильного двигателя. Управляемый коммута­торвыполняется на полупроводниковых прибо­рах или других переключающих элементах,на­пример герконах.

Вуправляемых коммутаторах на полупро­водниковых приборах используются полностьюуправляемые приборы (транзисторы, двухоперационные тиристоры) и не полностьюуправ­ляемые (тиристоры, семисторы). В настоящее время наибольшее распространениеполучили схемы с не полностью управляемыми полупро­водниковыми приборами, таккак полностью управляемые полупроводниковые приборы на большие мощности покаеще не разработаны [1].

По способу коммутации управляемые коммутаторы на неполностью управляемых полупроводниковых приборах можно разде­лить на три вида:с естественной, принудитель­ной и смешанной коммутацией. При естест­веннойкоммутации переключения происходят под действием ЭДС якорной обмотки. Припринудительной коммутации управление тирис­торами осуществляется под действиемкомму­тирующего напряжения отдельного источника либо напряжения питающей сети.При сме­шанной коммутации имеет место комбинация первого и второго способов.

Вентильные двигатели могут питаться от сети какпостоянного, так и переменного тока. Если управляемый коммутатор питается от се­типостоянного тока, то он представляет со­бой инвертор — преобразовательпостоянного тока в переменный. Если управляемый комму­татор подключен к сетипеременного тока, toон выполняет функции преобразователячас­тоты.

Комбинацииразличных структур управля­емых коммутаторов, способов инвертирования, типовключевых элементов и схем их коммута­ции позволяют получить весьма обширную гаммукоммутаторов, которые подробно рас­сматриваются в курсе промышленной электро­ники.Однако, несмотря на разнообразие, схе­мы управляемых коммутаторов можно разделитьпо принципу преобразования электриче­ских величин на преобразователи напряженияи тока [8].

5 Электропривод с шаговым двигателем

Исполнительные органы некоторых рабочих машин имеханизмов должны совершать строго дозированные перемещения с фиксацией своегоположения в конце движения. В ЭП таких машин и механизмов успешно применяютсяшаговые двигатели (ШД) разных типов, образующие основу дискретного ЭП.

Широкое распространение дискретного ЭП определяетсяеще и тем обстоятельством, что он естественным образом сочетается с цифровымиуправляющими машинами, программными устройствами и микропроцессорами, которыевсе шире применяются во всех отраслях техники. Например, дискретный ЭП используетсядля металлообрабатывающих станков с числовым программным управлением (ЧПУ),роботов и манипуляторов, в гибком автоматизированном производстве, в электроннойи часовой промышленности и др.

ЭП с ШД в настоящее время используются на мощности отдолей ватта до нескольких киловатт, что определяется мощностью серийновыпускаемых двигателей. Расширение шкалы мощности дискретных ЭП можнодостигнуть используя серийные АД, которые за счет соответствующего управлениямогут работать в шаговом режиме.

5.1 Принцип действия и основные свойствашагового двигателя

Шаговый двигатель по принципу своего действияаналогично синхронному, но в отличие от последнего магнитное поле ШДперемещается (вращается) не непрерывно, а дискретно, шагами. Достигается засчет импульсного возбуждения обмоток ШД с мощью электронного коммутатора,который преобразует одноканальную последовательность управляющих импульсов вмногоканальную систему напряжений, прикладываемых к его обмоткам (фазам).

Дискретному характеру напряжения на фазах ШДсоответствует дискретное вращение (перемещение) электромагнитного поля ввоздушном зазоре, вследствие чего движение ротора состоит из последовательныхэлементарных поворотов или шагов.

Принцип получения дискретного перемещения роторарассмотрим на примере простейшей схемы двухфазного ШД.

ШД имеет на статоре две пары явно выраженных полюсов,на которых находятся обмотки возбуждения (управления).

Каждая из обмоток состоит из двух частей, находящихсяна противоположных полюсах статора. Ротором в рассматриваемой схеме является,двухполюсный постоянный магнит.

Питание обмоток осуществляется импульсами напряжения,поступающими с устройства управления, которое преобразует одно изпоследовательных входных импульсов управления с частотой <img src="/cache/referats/21003/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1029">N— S. В результате взаимодействия этого поля с постоянныммагнитом (ротором) последний займет равновесное положение, в котором осимагнитных полей статора и ротора совпадают. Положение будет устойчивым,поскольку при отклонении от него на ротор будет действовать момент(синхронизирующий), стремящийся вернуть его в положение равновесия.

Допустим, что с помощью блока управления напряжениеснимается с обмотки и подается на обмотку. В этом случае образуется магнитноеполе статора с горизонтальными полюсами, т.е. магнитное поле дискретно совершилоповорот на четверть окружности статора. При этом между осями статора и роторапоявляется угол рассогласования α=90˚ и на ротор будет действовать в соответствии с формулой вращающиймомент, под действием которого он повернется на четверть окружности статора изаймет новое устойчивое равновесное положение, показанное сплошной линией.Таким образом, вслед за шаговым перемещением поля статора совершит такое жешаговое перемещение и ротор двигателя.

Предположим, что отключилась одна обмотка и питаниевновь подается на другую обмотку, но с противоположной полярностью напряжения.Магнитное поле статора опять будет иметь вертикально расположенные полюсы, аполярностью. Это означает, что магнитное поле совершило еще один шаг начетверть окружности и снова на ротор будет действовать синхронизирующий момент,который повернет его. Следующий шаг в том же направлении ротор совершит, еслиотключить вторую обмотку и подключить первую обмотку с обратной полярностьюнапряжения. И наконец, ротор завершит полный оборот при снятии напряжения спервой обмотки и подаче напряжения на вторую обмотку.

Кроме рассмотренного способа симметричной коммутацииобмоток двигателя, обеспечивающего шаговое перемещение ротора на 90°,существует способ коммутации, позволяющий при той конструкции двигателяуменьшить шаг ротора вдвое.

Подключим первую обмотку с полярностью соответствующейположению магнитного поля, не включая вторую обмотку. При этом образуетсявторая, горизонтальная система полюсов и действующее магнитное поле будет складыватьиз магнитных полей горизонтальных и вертикальных полюсов. О такого результирующегополя будет располагаться между полюсами с одинаковой полярностью, т.е. осьмагнитного поля совершит поворот на 45°. Ротор при таком порядке возбужденияобмоток ШД повернется тоже на 45°, а не 90°, как было ранее.

Если теперь снять напряжение с второй обмотки,положение магнитного поля будет соответствовать. Следующее перемещениемагнитного поля и ротора на 45° совершится при возбуждающей второй обмотки безотключения первой обмотки и т.д. Схема коммутации, при которой подключаютсяпоочередно одна или две обмотки, называется несимметричной.

Основным режимом работы шагового привода являетсядинамический. В отличие от СД ШД рассчитаны на вхождение в синхронизм изсостояния покоя и принудительное электрическое торможение. Благодаря этому вшаговом ЭП проще обеспечиваются: пуск, торможение, реверс и переход с однойчастоты управляющих импульсов на другую.

Обеспечение заданного характера переходных процессов вЭП с ШД является основной и наиболее сложной задачей, так как вследствиеэлектромагнитной инерции обмоток двигателя, механической инерции его ротора иналичия момента нагрузки на валу при резких изменениях частоты следованияимпульсов управления ротора может не успеть отработать полностью все импульсы.Максимальная частота управляющих импульсов, при которой возможен пуск ШД изнеподвижного состояния без выпадания из синхронизма (пропуска шагов),называется частотой приемистости. Чем выше электромагнитная и механическаяинерция ШД и больше момент его нагрузки, тем меньше частота приёмистости.

Современные ШД различны по конструктивному исполнению.В зависимости от числа фаз и устройства магнитной системы они бывают однофазными,двухфазными и многофазными с активным или пассивным ротором.

Активный ротор у ШД выполняется из постоянных магнитовили снабжается обмоткой возбуждения, как у обычных СД. Вследствие высокойэкономичности и надежности в работе, технологичности изготовления, небольшихгабаритных размеров и массы широкое распространение получили ШД с ротором из постоянныхмагнитов, называемые магнитоэлектрическими. Обычно ШД с активным ротором из-засложности его изготовления с малыми полюсными делениями имеют шаг от 15 до 90°.Для уменьшения шага в таких ШД увеличивают число фаз и тактов коммутации, атакже используют двух статорную или двухроторную конструкцию.

Скорости ШД с активным ротором составляют от 208 до314 рад/с, частота приемистости от 70 до 500 Гц, номинальные вращающие моментыот 10·10-6 до 10·10-3  Н·м.

Выпускается несколько серий шаговыхмагнитоэлектрических двигателей: четырехфазные ШДА, двух- и четырехфазные ШД иДШ-А, четырехфазные ШДА-3 и др.

При необходимости получения небольших единичныхперемещений используются двигатели с пассивным ротором, которые делятся нареактивные и индукторные. Работа таких ШД основана на взаимодействии магнитногополя и ферромагнитного тела. Статор и ротор реактивного ШД имеют явно выраженныеполюсы, называемые обычно зубцами. На зубцах статора размещаются обмоткивозбуждения, питаемые от электронного коммутатора. Ротор выполняется из ферромагнитногоматериала и не имеет обмотки возбуждения, вследствие чего и называется пассивным[6].

5.2 Схемыуправления шаговым двигателем.

Управление ШД, как уже отмечалось, обеспечиваетсяэлектронным блоком.

Современные блоки управления ШД состоят из несколькихфункциональных узлов, выполняемых по различным схемам и с использованием разнообразныхэлементов. Стремление расширить область применения дискретного привода,повысить качество и точность его движения, а также надежность, упростить наладкуи эксплуатацию отразилось в унификации схем управления ШД.

Рассмотрим обобщенную функциональную схему ЭП с ШД.Основная ее часть, обычно называемая разомкнутой схемой, выделена штриховой линией.

Сигнал управления <img src="/cache/referats/21003/image008.gif" v:shapes="_x0000_i1031"> в виде импульсовнапряжения поступает, а вход блока 2 от программного или другого внешнегокомандного устройства (рисунок 5). Блок 2 видоизменяет эти импульсы, формируяих по длительности и амплитуде, как необходимо для нормальной работапоследующих блоков схемы управления. Распределитель импульсов 3 преобразуетпоследовательность сформированных импульсов, например в четырехфазную системуоднополярных импульсов напряжения, соответствующую числу фаз (обмоток) двигателя.

 SHAPE  * MERGEFORMAT

2

13

3

4

5

7

6

11

12

10

9

1

<img src="/cache/referats/21003/image010.gif" v:shapes="_x0000_s1085 _x0000_s1086 _x0000_s1087 _x0000_s1088 _x0000_s1089 _x0000_s1090 _x0000_s1091 _x0000_s1092 _x0000_s1093 _x0000_s1094 _x0000_s1095 _x0000_s1096 _x0000_s1097 _x0000_s1098 _x0000_s1099 _x0000_s1100 _x0000_s1101 _x0000_s1102 _x0000_s1103 _x0000_s1104 _x0000_s1105 _x0000_s1106 _x0000_s1107 _x0000_s1108 _x0000_s1109 _x0000_s1110 _x0000_s1111 _x0000_s1112 _x0000_s1113 _x0000_s1114 _x0000_s1115 _x0000_s1116 _x0000_s1117 _x0000_s1118 _x0000_s1119 _x0000_s1120 _x0000_s1121 _x0000_s1122 _x0000_s1123 _x0000_s1124 _x0000_s1125 _x0000_s1126 _x0000_s1127 _x0000_s1128 _x0000_s1129 _x0000_s1130 _x0000_s1131 _x0000_s1132 _x0000_s1133 _x0000_s1134 _x0000_s1135 _x0000_s1136 _x0000_s1137 _x0000_s1138 _x0000_s1139">

Рисунок 5 – Схемы управления шаговым двигателем [5]

Импульсы с выхода распределителя 3 усиливаются спомощью промежуточного усилителя 4 и поступают на коммутатор 5, питающийобмотки ШД 8. Обычно коммутатор питается от источника постоянного тока(выпрямителя) 12 и обеспечивает в обмотках ШД пульсирующий ток одного направления.

Рассмотренная разомкнутая схема управления ШД невсегда обеспечивает высокие динамические свойства, точность и энергетическиепоказатели ЭП. Поэтому современные схемы управления ШД содержат дополнительныеузлы, с помощью которых характеристики ЭП улучшаются. К таким узлам относятсячастотно — импульсный регулятор напряжения 11, усилитель обратной связи тока,блок электронного дробления шага 13, блок плавного разгона и торможения (датчикинтенсивности) 1, датчик положения ротора и скорости 7, и цифровой регулятор 6.

Регулятор 11 и усилитель 10, связанные с узломсравнения 9, служат для автоматической стабилизации тока в обмотках ШД иподержания его момента, что существенно улучшает энергетические показателиработы двигателя. Стабилизация тока осуществляется введением отрицательнойобратной связи по току, с помощью которой за счет регулирования частотыпереключения регулятора (частотно-импульсная модуляция) изменяется среднеезначение напряжения питания и тем самым регулируется ток в обмотках ШД.

Задача формирования тока в обмотках ШД решается такжепри использовании коммутатора 5, обладающего свойствами источника тока. В этомслучае отпадает надобность в обратной связи току и блоках 11 и 10.

Для улучшения качества движения ШД при низких частотахповышения точности отработки входных импульсов управления помощью блока 13уменьшается единичный шаг ШД.

Улучшение динамических свойств дискретного ШД, вчастности увеличение диапазона рабочих частот входного сигнала, значительнопревышающих частоту приёмистости двигателя, может быть достигнуто введением всхему блока 1, обеспечивающего разгон и торможение двигателя с заданным темпом,при котором еще не происходит пропускание управляющих импульсов. При использованииблока 1 область рабочих частот шагового электропривода может бы увеличена в2… 3 раза.

Возможности дискретного ЭП расширяются прииспользовании замкнутых схем управления на основе датчика 7 и регулятора 6. Втаком дискретном приводе информация о действительном положении вала и скоростиШД поступает на вход цифрового регулятора б, который обеспечивает заданныйхарактер движения привода. Перспективы дальнейшего развития ЭП с ШД связаны сиспользованием микропроцессорных средств управления. В этом случае функции всехпоказанных на рисунке блоков управления, за исключением силового коммутатора,датчиков скорости и положения, выполняет микропроцессор по соответствующей программе.Как говорят в таких случаях, аппаратная реализация схемы управления ШДзаменяется более гибкой и функционально богатой — программной.

Область применения дискретного привода постоянно расширяется.Его используют кроме указанных ранее случаев в резательных и сварочных автоматах,часах, нажимных устройств прокатных станов, лентопротяжных и регистрирующихустройствах, в медицинской технике, в производстве элементов микроэлектроники идр [7].

6 Коллекторный двигатель

Наибольшее распространение среди трех­фазныхколлекторных двигателей получили трехфазные коллекторные двигатели с парал­лельнымвозбуждением с двойным комплектом щеток, например двигатель Шраге—Рихтера (рисунок6). Этот двигатель был предложен в 1910 г. почти одновременно Шраге и Рих­тером.<img src="/cache/referats/21003/image011.jpg" v:shapes="_x0000_i1032">

Рисунок 6– ДвигательШраге-Рихтера

Конструкция двигателя Шраге—Рихтера сходна сконструкцией асинхронного двигате­ля с фазным ротором. Отличие состоит в том,что в пазах ротора располагается вторая многофазная обмотка, секции которойвыво­дятся на коллектор. Двигатель позволяет ре­гулировать частоту вращения вшироких пре­делах за счет введения в цепь вторичной об­мотки добавочной ЭДС ±ΔE.

Трехфазное напряжение сети через щетки и кольца подводитсяк фазной обмотке рото­ра 1. В пазах ротора располагается   вторая обмотка 2 – двухслойная, многофазная,секции которой выведены на коллектор 3. На коллекторе находятся три пары щеток,к ко­торым подключены три фазы обмотки стато­ра 4. Обмотка статора — обычнаядвухслой­ная или однослойная обмотка, расположен­ная в пазах. Конструкциямашины — обра­щенная, вторичная обмотка расположена на статоре, а напряжениеподводится к ротору.<span Arial",«sans-serif»; mso-bidi-font-family:«Times New Roman»">

Магнитное поле, созданное обмоткой ро­тора в воздушномзазоре, вращается в сторо­ну, противоположную вращению ротора, и наводит вобмотке статора ЭДС скольжения f1=f2s. С обмотки ротора 2, выведенной на коллектор черезщетки, также снимается ЭДС скольжения f1=f2s. Амплитуд