Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Устройство и принцип работы линейного шагового двигателя

Рассмотрим принцип построения линейного шагового двигателя. К линейному двигателю можно перейти, если представить обычный шаговый двигатель как обращенную машину с заторможенным ротором вокруг, которого может вращаться подвижный «статор» при коммутации его обмоток. Если разрезать такой обращенный двигатель и развернуть его в линейную конструкцию, то ротор превратится в линейку с зубцами, вдоль которой будет шагать плоский «статор» - индуктор при каждой коммутации его обмоток. Поскольку геометрические расположения зубцов индуктора и линейки аналогично их расположению в обращенном двигателе, принцип работы не нарушится. Размер индуктора будет соответствовать развернутому статору, а размеры линейки можно не отграничивать. После перемещения на одно зубцовое деление положение индуктора на линейке будет повторяться (краевые эффекты на месте разреза статора оставляем без внимания).

Шаговый двигатель автомата сборки плат представляет собой плоский двухкоординатный развернутый двигатель как два линейных индуктора, перемещающихся по поверхности плиты, изготовленной из малоуглеродистой стали (рис.4). На плите нанесены две перпендикулярная зубцовые нарезки с шагом (периодом) 1,28 мм. Пазы зубцов заполнены эпоксидным компаундом, плита отшлифована. Оба индуктора представляют единую конструкцию, перемещающуюся во взаимно перпендикулярных направлениях, по координатам X,Y. На корпусе индуктора (рис.3) закреплены модули однократного перемещения: одна пара модулей обеспечивает движение индуктора относительно оси X, а вторая – относительно оси Y прямоугольной системы координат.

Для снижения трения между индуктором и плитой в зазор между ними нагнетается воздух для создания воздушной подушки. Кроме того в рассматриваемой конструкции индуктор располагается под плитой и удерживается в соприкосновении с ней с помощью магнитного притяжения и напоминает муху, перемещающуюся на потолке.

Рис. 3. Индуктор:

1 – корпус индуктора; 2 – модуль однократного перемещения

Рис.4. Плита:

1 – плита, 2 – эпоксидный компаунд

Модуль однократного перемещения представляет собой группу постоянных магнитов, собранных пакетами, на которых намотаны обмотки, объединенные корпусом с установленными на нем жиклерами (рис. 5).

На рабочей поверхности пакетов нанесена продольная зубцовая нарезка с шагом 1,28 мм, пазы которой заполнены эпоксидным компаундом. Сжатый воздух, поступающий через калиброванные отверстия жиклеров, обеспечивает воздушный зазор между плитой и рабочей поверхностью корпуса модуля однократного перемещения.

Рис.5. Модуль однократного перемещения:

1 – комплектный пакет; 2 – постоянный магнит; 3 – обмотки;

4 – жиклеры; 5 – корпус; 6 – плита

Перемещение индуктора по плите происходит в результате изменения токов в электромагнитах. Схема линейного шагового двигателя по одной координате приведена на рис.6.

Рис.6. Схема линейного шагового двигателя

Зубцы полюса 2 смещены относительно зубцов полюса 1 на одну четверть зубцового деления плиты (1/4 Т), относительно полюса 3 – на 1/4 и полюса 4 – на 3/4 Т, где Т – период нарезки плиты.

При возбуждении катушки А без возбуждения катушки В через полюс 2 проходит максимальный магнитный поток, так как направления потоков постоянного магнита и катушки в нем совпадают. Через полюс 1 проходят встречные магнитные потоки, суммарный поток равен нулю. Поэтому индуктор установлен так, что зубцы полюса 2 устанавливаются напротив зубцов плиты (максимум магнитной проводимости).

При возбуждении только катушки В максимальный магнитный поток проходит полюс 3, его зубцы устанавливаются напротив зубцов плиты, при этом индуктор перемещается на четверть шага. При реверсировании тока в катушке А и отсутствии тока в катушке В зубцы полюса 1 устанавливаются напротив зубцов плиты, индуктор перемещается на четверть шага. При реверсировании тока в катушке В и отсутствии тока в катушке А индуктор перемещается снова на четверть шага.

При питании катушек подачей постоянного тока в указанной последовательности линейный шаговый двигатель работает как обычный шаговый двигатель в полношаговом режиме, идет поступательное перемещение индуктора с шагом, равным четверти периода нарезки зуба при каждой коммутации обмоток.

Рис. Векторная диаграмма полношагового режима

Вектор магнитного поля каждый раз смещается на четверть

нарезки, т.е. на 1,28/4=0,32мм. Это полношаговый режим двигателя, его векторная диаграмма представлена на рис. В целях обеспечения максимальной линейности, позиционной точности, а также большей тяговой силы в линейном развернутом шаговом двигателе двухфазные элементы объединены в индукторе, образуя четырехфазную систему. Двухфазные элементы закреплены в корпусе модуля линейного однокоординатного со смещением, эквивалентном фазовому сдвигу в 45º. Фазовые соотношения катушек (А, В) и (С, D) в виде векторной диаграммы изображены на рис.7.

Рис.7. Векторная диаграмма соотношения фаз индуктора

При импульсном и раздельном питании обмоток A,B,C,D величина перемещения составит 1,28мм/8 = 0.16мм (полношаговый режим), а при коммутации по циклу включения одной и двух обмоток A, AC. C, CB, B и т. д. дискретное перемещении индуктора составит 1,28/16= 0.08мм. При подаче синусоидального тока на катушку А и косинусоидального тока на катушку В, линейный шаговый двигатель работает как двухфазный синхронный двигатель, вектор магнитного поля которого перемещается с частотой питания обмоток и обеспечивает непрерывное перемещение индуктора по плите.

Для создания режима дискретного перемещения и обеспечения режима позиционирования с дискретностью в 0,01мм питание на каждую катушку двигателя подается в виде ступенчатых синусоидальных волн. Так как период нарезки зубцов составляет 1,28 мм, то для обеспечения дискретности перемещения индуктора на 0,01 мм период синусоидального тока делится на 128 частей. Такой режим питания обмоток обеспечивает векторную диаграмму, состоящую из 128 векторов в фазном пространстве 360 эл. град. При смещении вектора на 128 периода индуктор перемещается на 1/128 зубцового деления, т.е. на 1,28мм/128=0,01мм. Такой дискретный режим формирования поля статора носит название дробления шага. Вектор магнитного поля на каждый импульс системы управления перемещается на 360/128 =180/64=90/36 =2,5 эл. град. Амплитуды питающих обмотки токов должны формироваться по законам синуса и косинуса, фазы которых формируются ступенчато с шагом в 2.5 градуса. Набор таких синусно-косинусных значений формируется с помощью запоминающих устройств по 128 значений адреса (0….127), которые сканируются периодически с помощью двоичных счетчиков с частотой поступающих импульсов. Число этих импульсов определит величину перемещения индуктора, а частота - скорость перемещения.

Блок управления линейным шаговым двигателем

Блок управления линейным шаговым двигателем (БУЛШД) обеспечивает питание и управление двигателем. БУЛШД получает импульсы перемещения от управляющей IBM PC. Цифроаналоговые решающие устройства преобразуют эти импульсы в ступенчатые формы с синусоидальными и косинусоидальными амплитудами. Усилители мощности принимают сигналы управления с цифро-аналоговых преобразователей, усиливают по мощности и подают на катушки индуктора. Обратная связь в усилителях мощности обеспечивает в катушках индуктора ток, пропорциональный входному напряжению. Для каждой фазы индуктора имеется усилитель мощности.

В блоке управления шаговым двигателем используются 2 платы ЦАП – для двух координат, 4 платы усилителя мощности – управляющие восьмью фазами шагового двигателя.

Структурная схема БУЛШД для управления одной координатой представлена на рис.8.

Рис.8. Структурная схема блока управления линейного ШД

Принципиальная схема ЦАП представлена на рис.9.

В АСП-902 используется 2 платы ЦАП. При подаче частоты на вход 2 микросхемы D1 на выходе триггера, выполненного на микросхеме D4, формируется сигнал, разрешающий дальнейшее прохождение частоты на суммирующие входы счетчиков D10, D11, при этом счет осуществляется от 0 до 127, за счет сброса счетчиков по R-входу.

С выхода триггера D9 и счетчиков D10 и D11 сигнал в виде двоичного кода поступает на информационные входы ППЗУ, выполненные на микросхемах серии КР556РТ4 (D17-D24), запрограммированных для каждой фазы двигателя. С выхода ППЗУ для каждой фазы двигателя код в виде 8-разрядного слова поступает на цифроаналоговый преобразователь, выполненный на микросхеме серии К 572 ПА1А. С помощью старшего разряда, поступающего с ППЗУ на транзисторный ключ, выполненный на элементах Т3, Д33, происходит формирование отрицательной части синусоиды.

Выходной сигнал цифроаналогового преобразователя усиливается с помощью масштабного усилителя D29 для фазы двигателя А. При этом осуществляется движение индуктора в определенную сторону.

При подаче частоты на вход 5 микросхемы D1 на выходе триггера, выполненного на микросхеме D4, формируется сигнал, разрешающий прохождение частоты на вычитающие входы счетчиков D10, D11,при этом счет осуществляется в обратном порядке от 127 до 0 за счет подачи короткого импульса по старшему разряду счетчика D11 на входы счетчиков D10, D11. При этом осуществляется смена направления движения индуктора.

Смену направления движения индуктора можно осуществить за счет подачи сигнала 0 или 1 с программного устройства на вход А12 платы ЦАП. Для этого необходимо убрать перемычки между клеммами XS1 и XS3, XS2 и XS5 и установить перемычки между клеммами XS3 и XS4, XS5 и XS6.

Принципиальная схема усилителя мощности (УМ) представлена на рис.10.

Рис.10. Принципиальная схема усилителя мощности

Усилитель мощности представляет собой управляемый источник тока, который по сигналам с цифроаналогового преобразователя подает в обмотки индуктора ток от 1,5 до 3,0 А, в зависимости от исполнения усилителя.

Конструктивно на одной плате усилителя мощности размещены два каскада, предназначенных для двух фаз линейного двигателя. Сигнал управления подается на контакты А1 усилителя. Входы Б1 используются для сигналов торможения, т.е. для сигналов устранения колебаний с демпфера (в АСП-902 не используется).

В качестве входного каскада в усилителе используются транзисторы КТ815Г и КТ814Г. Выходными транзисторами служат КТ808А, на которых выделяется значительная мощность, поэтому они закреплены на радиаторы, для каждого выходного транзистора свой радиатор.

Для устранения возбуждений в схеме усилителя имеются корректирующие цепи С2 и С3. Цепи С1, С4, R17 используются для создания форсирующего режима на каждый импульс, поступающий с программного устройства. Также для питания микросхем 155- и 556-й серий в БЛУШД имеется плата стабилизатора на 5В и 5А. Второй стабилизатор предназначен для питания аналоговых схем и настраивается на напряжение +15 и -15В.

Для формирования нестабилизированных переменных напряжений, амплитудой 8,4 и 14,5В, применена силовая панель. Силовая панель питает усилители мощности и индуктор ШД.

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 7 Следующая ⇒