Микрошаговый режим шагового двигателя

Микрошаговый режим обеспечивается путем получения поля статора, вращающегося более плавно, чем в полно- или полушаговом режимах. В результате обеспечиваются меньшие вибрации и практически бесшумная работа вплоть до нулевой частоты. К тому же меньший угол шага способен обеспечить более точное позиционирование исполнительного органа. Существует много различных микрошаговых режимов с величиной шага от 1/3 полного шага до 1/32 и даже меньше. Поскольку шаговый двигатель является синхронным электродвигателем, это означает, что положение равновесия неподвижного ротора совпадает с направлением (положением в пространстве) магнитного поля статора. При повороте поля статора ротор тоже поворачивается, стремясь занять новое положение равновесия.

Чтобы получить нужное направление магнитного поля, необходимо выбрать не только правильное направление токов в катушках, но и правильное соотношение этих токов.

Если одновременно запитаны две обмотки двигателя, но токи в этих обмотках не равны (рис. 13.50), то результирующий момент будет:

а точка равновесия ротора е сместится в точку с координатой

где М — результирующий момент удержания; а и Ъ — моменты, создаваемые первой и второй фазой соответственно; х — положение равновесия ротора в радианах; S — угол шага в радианах.

Зависимость момента от угла поворота ротора в случае разных значений тока фаз

Рис. 13.50. Зависимость момента от угла поворота ротора в случае разных значений тока фаз

Смещение точки равновесия ротора говорит о том, что ротор можно зафиксировать в любой произвольной позиции. Для этого нужно лишь правильно установить отношение токов в фазах, что используется при реализации микрошагового режима.

Приведенные выше формулы для М их верны только в том случае, если зависимость момента от угла поворота ротора синусоидальная и если ни одна часть магнитной цепи двигателя не насыщается.

В пределе, шаговый двигатель может работать как синхронный электродвигатель в режиме непрерывного вращения. Для этого токи его фаз должны быть синусоидальными, сдвинутыми друг относительно друга на 90°.

Положительный результат использования микрошагового режима — это намного более плавное вращение ротора на низких частотах. На частотах в 2—3 раза выше собственной резонансной частоты ротора и работе с нагрузкой микрошаговый режим дает незначительные преимущества по сравнению с полушаговым или полношаговым режимами. Причиной этого является фильтрующее действие момента инерции ротора и ИО. Система с шаговым двигателем работает подобно фильтру нижних частот. Поэтому в микрошаговом режиме лучше осуществлять только разгон и торможение, а основное время работать в полношаговом режиме. Для предотвращения переходных процессов и потери шагов, переключение режима работы двигателя из микрошагового в полношаговый режима необходимо производить в те моменты, когда ротор находится в положении, соответствующем одной включенной фазе. Некоторые микросхемы драйверов микрошагового режима имеют специальный сигнал, который информирует о таком положении ротора.

На практике при осуществлении каждого шага ротор не сразу останавливается в новом положении равновесия, а осуществляет затухающие колебания вокруг положения равновесия. Время установления равновесия зависит от характеристик нагрузки и от схемы драйвера. Во многих механизмах такие колебания являются нежелательными. Избавиться от этого явления можно путем использования микрошагового режима. На рис. 13.51 показаны перемещения ротора при работе в полношаговом и микрошаговом режимах.

Перемещения ротора в полношаговом и микрошаговом режимах

Рис. 13.51. Перемещения ротора в полношаговом и микрошаговом режимах:

1 — полношаговый режим; 2 — микрошаговый режим 1/32

Из рис. 13.51 видно, что в полношаговом режиме наблюдаются и колебания ротора, в то время как в микрошаговом режиме их нет. Однако и в этом режиме график положения ротора отличается от прямой линии. Эта погрешность объясняется точностью исполнения геометрии деталей двигателя и может быть уменьшена калибровкой и последующей корректировкой токов фаз.

Микрошаговый режим используется в основном для обеспечения плавного вращения на очень низких скоростях, для устранения шума и явления резонанса.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >