Механическая характеристика шагового двигателя

Частота коммутаций фаз шагового двигателя определяет частоту его вращения. Зависимость момента ШД от частоты вращения является механической характеристикой.

Поведение момента при увеличении частоты коммутации фаз таково: начиная с некоторой частоты среза со_ср монотонно падает. Обычно для шагового двигателя приводятся две кривые зависимости момента от частоты (рис. 13.52).

Внутренняя кривая (кривая старта, или pull-in curve) показывает, при каком максимальном момента трения для данной частоты вращения шаговый двигатель способен начать вращение (тронуться). Эта кривая пересекает ось частот в точке, называемой максимальной частотой старта со_тшсст или частотой приемистости. Точка определяет максимальную частоту, на которой нагруженный двигатель может начать вращение. На практике эта величина лежит в пределах 200— 500 полных шагов в секунду или это частота следования импульсов, подаваемых силовым драйвером в обмотке статора двигателя (число импульсов в секунду кратное числу шагов в секунду).

Рис. 13.52. Зависимость момента от частоты вращения шагового.

двигателя Момент инерции исполнительного органа сильно влияет на вид внутренней кривой. Большому моменту инерции соответствует меньшая область под кривой М (со). Эта область называется областью статора.

Внешняя кривая (кривая разгона, или hull-out curve) показывает, при каком максимальном моменте трения для данной частоты вращения шаговый двигатель способен поддерживать вращение без пропуска шагов.

Кривая разгона пересекает ось частот в точке, называемой максимальной частотой разгона со_тахр. Она показывает максимально возможное число полных шагов в секунду для данного шагового двигателя без нагрузки. Область, которая лежит между кривыми, называется областью разгона.

Способы изменения направления тока в обмотках шагового двигателя

При работе шагового двигателя необходимо независимо изменять направление магнитного поля для каждой фазы. Изменение направления магнитного поля может быть выполнено разными способами. В униполярных двигателях обмотки имеют отвод от середины или имеются две отдельные обмотки для каждой фазы. В этих двигателях направление магнитного поля изменяется путем переключения половинок обмоток или целых обмоток. В этом случае требуются только два простых ключа Л и В для каждой фазы (рис. 13.53).

Рис. 13.53. Питание обмотки униполярного двигателя.

Рис. 13.54. Питание обмотки биполярного двигателя.

В биполярных двигателях направление магнитного поля изменяется путем переполюсовки выводов обмоток. Для такой переполюсовки требуется полный мост ключей (рис. 13.54) ключи А, В, С, D. В простейшем случае это транзисторные ключи.

Управление ключами в схемах 13.53, 13.54 осуществляется логической схемой, реализующей нужный алгоритм работы.

Предполагается, что источник питания схем имеет номинальное для обмоток двигателя напряжение.

Нужно отметить, что при раздельном управлении транзисторами моста (см. рис. 13.54) возможны ситуации, когда источник питания может быть закорочен ключами. Поэтому логическая схема управления (на схемах не показана) должна быть построена таким образом, чтобы исключить эту ситуацию даже в случае сбоев управляющего микроконтроллера.

Обмотки двигателя представляют собой индуктивность, а это значит, что при подключении обмотки к источнику питания ток в ней будет нарастать с некоторой скоростью, а при отключении обмотки на ней произойдет скачок напряжения, который способен повредить ключи, в качестве которых используются биполярные или полевые транзисторы. Для ограничения этого выброса устанавливают специальные защитные цепочки. На схемах рис. 13.53 и 13.54 эти цепочки образованы диодами. На рис. 13.53 потребовалось четыре диода по той причине, что половинки обмоток униполярного двигателя расположены на общем сердечнике и магнитно связаны между собой. Они работают как автотрансформатор, и выбросы возникают на выводах обеих обмоток. Если в качестве ключей применены МОП-транзисторы, то достаточно только двух внешних диодов, так как у них внутри уже имеются диоды.