Лабор.раб.10

1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 10.
ИССЛЕДОВАНИЕ ШАГОВОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
1.Закрепление теоретических знаний по теме «Дискретные электроприводы с
шаговыми двигателями»;
2.Экспериментальная проверка работы схемы управления шагового двигателя;
3.Отработка навыков осциллографического наблюдения сигналов управления в
схеме ;
4.Закрепление навыков по проведению электрических измерений с помощью
осциллографа.
2. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
2.1. В электроприводе станков, робототехнических устройств, в приборах
времени и других устройствах находят применение шаговые двигатели (ЩД),
обеспечивающие дискретное перемещение ротора с фиксацией его положения в
конце каждого шага.
Шаговый двигатель по принципу действия является синхронным, его
магнитное поле перемещается (вращается) в воздушном зазоре машины
дискретно, шагами.
Достоинством шагового двигателя является возможность организации его
управления непосредственно от цифровых устройств, а также обеспечение
высокой точности положения его вала в разомкнутых системах управления.
2.2. Современные шаговые двигатели различны по конструктивному
исполнению, они различаются количеством фаз и устройством магнитной
системы.
ШД выполняются с активным и пассивным ротором.
Активный ротор имеет собственное магнитное поле. Принцип действия
двигателя с таким ротором определяется взаимодействием магнитных полей
ротора и статора. Обычно эти двигатели имеют крупный шаг до 15 градусов.
Работа ШД с пассивным ротором основана на взаимодействии магнитного
поля статора с ротором, выполненным с явновыраженными полюсами из
ферромагнитного материала. Такой ротор при перемещении магнитного поля
статора всегда стремится занять положение, соответствующее минимальному
магнитному сопротивлению в магнитной цепи машины. ШД с пассивным
ротором имеют шаг до единиц градусов.
2.3.Управление движением ШД осуществляется подачей на обмотки статора
в
определенной
последовательности
импульсов
напряжения,
или
соответствующей коммутацией фаз двигателя. Современные схемы управления
шаговыми двигателями состоят из нескольких функциональных блоков.
Основная часть разомкнутой схемы управления содержит формирователь
2
импульсов ФИ, распределитель импульсов РИ, промежуточный усилитель ПУ,
усилитель мощности УМ, а также блок питания элементов схемы (Рис.10.1).
fy
ФИ
UФ
РИ
Up
n
ПУ
ШД
УМ
n
n
Рис.10.1. Структурная схема управления шаговым электродвигателем.
2.4. Сигнал управления fу поступает на вход ФИ от внешнего командного
устройства. В этом блоке формируются импульсы необходимой частоты и
длительности, определяющие работу последующих блоков и двигателя.
Частота вращения двигателя определяется частотой импульсов формирователя

n = ----- , (об/мин),
6 TФ
где  - цена шага (градус);
TФ – период следования импульсов формирователя (сек).
2.5.В блоке РИ последовательность импульсов формирователя преобразуется
в n – фазную систему импульсов, соответствующую числу фаз (обмоток) ШД
(Рис.10.2).
Импульсы РИ усиливаются в промежуточном усилителе и
подаются на цепи управления усилителя мощности.
Усилитель мощности
представляет собой схему транзисторных или тиристорных ключей,
обеспечивающих необходимую величину тока в обмотках двигателя.
3. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ.
3.1.В лабораторной работе используются четырехфазный двигатель с
активным ротором марки ШД – 1С.
Управление двигателем осуществляется от платы управления, содержащей
ФИ, РИ и УМ (Рис.10.3). Формирователь и распределитель импульсов
выполнены на интегральных микросхемах и обеспечивают требуемую для
двигателя последовательность чередования фаз: 1-2, 2-3, 3-4, 4-1, 1-2 и т. д.
(Рис.10.2).
Необходимое значение токов в фазах двигателя обеспечиваются транзисторами
усилителя мощности.
3.2.Питание схемы управления осуществляется постоянным напряжением
«+5В» , а обмоток двигателя –«+27В».
4. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
4.1. Ознакомиться с лабораторным макетом.
Изучить схему управления двигателем (Рис.10.3) и определить на макете точки,
указанные в схеме для наблюдения сигналов.
3
4.2. Подключить макет к источникам электропитания «+5В» и «+27В»,
включить в сеть осциллограф. Представить схему для проверки преподавателю.
ТФ
UФ
t
TP
UP1
t
UP2
t
UP3
UP4
t
t
Рис. 10.2. Последовательность импульсов управления шаговым двигателем
+ 5В
1
2
3
ШД
с1 
с2 
R
UФ
с3 
с4 
с0
+ 27
– 5В
Рис.10.3. Функциональная схема управления шаговым электродвигателем
1 – формирователь импульсов; 2 – распределитель импульсов; 3 – усилитель .
4.3. Включить напряжение питания платы управления «+5В».
Отрегулировать потенциометром R частоту следования импульсов на выходе
распределителя импульсов таким образом , чтобы можно было наблюдать
устойчивое изображение не менее двух импульсов.
4.4. Используя два луча осциллографа, снять осциллограммы импульсов
управления на выходах формирователя и распределителя импульсов для
каждой фазы двигателя.
Для получения совмещенной осциллограммы для всех фаз двигателя следует
наблюдение импульсов проводить в следующей последовательности:
а) Кабель входа канала 1 подвести к выходу распределителя первой фазы
двигателя , а кабель канала 2- к выходу распределителя второй фазы двигателя.
Зарисовать порядок следования импульсов фаз 1 и 2.
б) Не изменяя положение кабеля канала 1, подвести к выходу распределителя
фазы 3 кабель канала 2. Зарисовать порядок следования импульсов фазы 3
относительно фазы 1.
в) Аналогично провести наблюдение и зарисовать импульсы фазы 4
относительно фазы 1.
4
4.5.Измерить период следования импульсов на выходе формирователя TФ
(сек).Это значение соответствует длительности шага двигателя.
4.7.Включить питание «+27В». Убедиться, что вал двигателя вращается.
4.8.Установить потенциометром R наименьшую скорость вращения двигателя.
Определить по вращению стрелки на валу двигателя его шаг. Определить
частоту вращения.
4.9.Изменяя потенциометром R частоту импульсов формирователя, убедиться в
изменении скорости вращения двигателя. Для двух значений скоростей
вращения двигателя определить периоды следования импульсов на входе
формирователя, по которым рассчитать значения частот вращения. Данные
опыта занести в таблицу.
5. СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.
5.1.Отчет должен содержать схему эксперимента, таблицу с результатами
наблюдений и расчетов, осциллограммы импульсов управления, выводы по
работе, ответы на контрольные вопросы.
6. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ.
6.1. В чем особенность движения шагового электродвигателя?
6.2. Как классифицируются шаговые электродвигатели по типу ротора?
6.3. В чем особенность активного ротора шагового электродвигателя?
6.4. От чего зависит величина шага двигателя с пассивным ротором?
6.5. Какой блок в схеме управления определяет скорость вращения ШД?
6.6. От какого параметра управления зависит скорость вращения ШД?
6.7. Что представляет собой усилитель мощности в схеме управления ШД?
6.8. Как осуществить реверс шагового электродвигателя?
6.9. Как фиксируется положение ротора ШД после его остановки?
6.10.Можно ли одноканальным осциллографом зафиксировать порядок
чередования импульсов управления в схеме шагового электродвигателя?
7.ТАБЛИЦА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТОВ.
Таблица 10.1
Формирователь
№
TФ
f
п\п
1
2
103
(сек)
Гц
Распределитель
Двигатель
TP
f
α
n
10-3
(сек)
Гц
градус
(об/мин)