Шаговые двигатели отличаются высокой надежностью, просты в управлении и не требуют сложных дорогостоящих систем обратной связи. Поэтому компания Балтийское Объединение ОАО в своих разработках и системах автоматизации как правило использует именно шаговые двигатели. Их применение полностью оправдано в управлении станками для обработки цветных металлов, дерева, пластика, машинах плазменной, лазерной резки, плоттерах, медтехнике и других механизмах, в которых не требуется большой крутящий момент и высокие скорости подачи. Однако для решения специфических задач могут использоваться комбинированные методы, например, для точного определения положения ротора шаговые двигатели оснащаются энкодерами.

К сожалению, при всех достоинствах шаговый двигатель обладает существенными недостатками, основные из которых: малая удельная мощность, сравнительно низкие скорости вращения и невысокий крутящий момент. Шаговому двигателю, как дискретному синхронному двигателю, свойственен выход из синхронизма и как следствие потеря шагов при перемещении, что приводит к непоправимой ошибке позиционирования. Очень неприятным моментом является возникновение резонанса в электромеханической системе. Это является одной из причин нарушения нормальной работы привода. Для решения данных проблем нашей компанией была разработана и создана целая линейка драйверов шаговых двигателей, которые позволяют минимизировать воздействия резонанса и обеспечивают устойчивую работу электроники, автоматики и всего оборудования в целом. Драйверы уже используются в электронике станков лазерной, плазменной фрезерной обработки листовых материалов. Также они находят свое применение в отдельных устройствах и опциях, разработанных нашими специалистами. Например, в устройстве слежения на основе емкостного датчика, которое часто применяется как вертикальная Z координата.

При работе двигателя на частоте, совпадающей с резонансной, ротор двигателя колеблется вокруг положения устойчивого равновесия, возникает провал момента, что приводит к пропуску шагов и потере синхронности. Без принятия специальных мер шаговый двигатель при разгоне не может пройти резонансную частоту. Усиление амплитуды колебаний ротора вокруг положения равновесия вызывает сильные вибрации в передаточных механизмах, что является причиной избыточного шума и приводит к преждевременному износу механических деталей привода, вибрациям и нарушениям крепления частей и механизмов. В любом случае, явление резонанса способно существенно ухудшить точностные характеристики привода, поэтому изучение резонансных явлений и нестабильностей шагового привода представляет большой практический интерес.

Причиной возникновения резонанса является кратность частот собственных колебаний электромеханической системы и частот, возмущающих воздействий управляющих импульсов. В шаговом электроприводе как в нелинейной системе второго порядка резонанс может возникнуть при выполнении следующего условия:

В зависимости от сочетания резонанс и нестабильность пускового момента могут быть классифицированы по трем группам: низкочастотный резонанс, среднечастотная нестабильность и высокочастотные колебания.

Низкочастотный резонанс (частоты до 500 Гц).

Когда двигатель запускается с очень малой частотой вращения, а частота импульсов возрастает медленно, возникает резонанс на обертоне внешней частоты и субгармонические колебания.

Появляется главный резонанс на частотах собственных колебаний системы.

Возникает параметрический резонанс на обертоне собственной частоты.

Среднечастотная нестабильность. Одна из важнейших проблем, которую пришлось решать при разработке драйвера шагового двигателя и подборе самого двигателя как преодолеть данный вид резонанса. Он наблюдается при возрастании шаговых частот до 5001500 Гц и составляет 1/4, 1/5 шаговой частоты вращения.

Нестабильность имеет следующие особенности:

1) Колебания имеют одну или несколько частотных компонент. Они не связаны простым соотношением с шаговой частотой вращения двигателя и имеют более низкую частоту 5200 Гц.

2) При постоянных условиях работы наблюдаются медленно вырастающие колебания. Нарушение нормальной работы системы наступает через несколько секунд или даже минут. Возможна внезапная потеря синхронизма.

3) Характеристики нестабильности зависят от схемы и алгоритма управления.

4) Существенное влияние оказывает повышение момента инерции системы. Большая инерционность увеличивает нестабильность.

Высокочастотная нестабильность возникает на частотах 15002500 Гц, когда двигатель успешно проходит область среднечастотной нестабильности.

Анализируя условия и причины возникновения резонанса, наши специалисты выделили методы борьбы с каждой его разновидностью. Проблемой остается реализация решения, избавляющего от тех нестабильностей, которые оказывают наибольшее влияние на работу привода.

К настоящему времени Балтийским Объединением ОАО разработан микрошаговый инвертор с номинальным током фазы 8А, в котором реализован алгоритм обхода резонансных частот. Это позволяет получить мягкость хода во всем диапазоне рабочих скоростей. Использование такого алгоритма особенно важно для управления мощными двигателями с шагом 1.8° типа FL57, FL60, FL86, FL110 и т.п. А решение в пользу инвертора с таким алгоритмом повысит качество работы механической системы, особенно системы на зубчатых приводных ремнях, которой характерна прямая передача момента от вала двигателя на ремень через шестерню без редукции (ведущая шестерня кинематической системы зафиксирована непосредственно на валу двигателя).

Балтийское Объединение ОАО
Технический директор
Паршин Константин Эдвардович

Адрес: 199106, Россия, СанктПетербург,
Шкиперский пр. 14
Тел.: +7 (812) 715 69 66/77
Факс +7 (812) 3563573
Email: info@baltio.ru
Http:// www.baltio.ru

199106, Россия, СанктПетербург,Шкиперский пр. 14 +7 (812) 715 69 66/77 +7 (812) 3563573 info@baltio.ru www.baltio.ru

* при использовании и перепечатывании ссылка на источник или сайт обязательна