DSCF8495

6. Silnik skokowy EDA

6.1.    Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z rodzajami, zasadą działania, budową oraz własnościami statycznymi i dynamicznymi silników skokowych. W ramach ćwiczenia studenci przeprowadzają badania silnika wysokomomentowego typu EDA.

6.2.    Wprowadzenie

Silniki skokowe (silniki krokowe) stosowane są do napędu w układach posuwowych niektórych obrabiarek sterowanych numerycznie. Podstawową zaletą silnika skokowego w porównaniu z innymi układami napędowymi stosowanymi do napędu obrabiarek sterowanych numerycznie jest brak konieczności stosowania układów pomiaru położenia i prędkości, co powoduje, iż napęd z silnikiem skokowym jest znacznie tańszy. Z zasady działania silnika skokowego, który zalicza się do układów napędowych sterowanych impulsowo, wynika, że kąt obrotu wirnika jest wprost proporcjonalny do ilości impulsów dostarczonych przez układ sterowania, a prędkość obrotu jest wprost proporcjonalna do częstotliwości dostarczanych impulsów. Znacznym ograniczeniem stosowalności tego typu silników jest ryzyko wystąpienia tzw. „zgubienia kroku”. Zjawisko zgubienia kroku występuje przy odpowiednio dużej częstotliwości podawania impulsów sterujących oraz znacznym obciążeniu bezwładnościowym silnika.

Silniki skokowe charakteryzują następujące właściwości eksploatacyjne:

- działka elementarna (elementarny krok); jest to wartość przemieszczenia liniowego lub kąta obrotu, o jaki obróci się wirnik silnika po dostarczeniu jednego impulsu sterującego. Dla silnika z wirnikiem jednobiegunowym działka elementarna wynosi:

360

gdzie k - liczba kombinacji zasilania biegunów stojana,

częstotliwość robocza f_r; jest to maksymalna częstotliwość sygnałów sterujących, z jaką może pracować silnik skokowy bez „zgubienia kroku”; częstotliwość ta limituje maksymalny posuw (przesuw szybki), z jakim może pracować silnik,

-    częstotliwość startowo-stopowa (start-stop, rozruchowa) £; jest to maksymalna częstotliwość sygnałów sterujących, z jaką może być uruchomiony lub zatrzymany silnik skokowy bez „zgubienia kroku”; częstotliwość ta jest miarą dynamiki rozruchu silnika i nie jest dla silnika skokowego wielkością stałą, bowiem zależy zarówno od momentu obciążenia zewnętrznego, jak i od masowego momentu bezwładności, zredukowanego na wał silnika,

-    maksymalny moment napędowy, moc silnika.

Oprócz wymienionych własności dla zrozumienia niektórych zjawisk towarzyszących działaniu silnika konieczna jest znajomość jego charakterystyk statycznych. Najistotniejszą z charakterystyk statycznych silnika skokowego jest charakterystyka mechaniczna. Charakterystyką mechaniczną silnika skokowego nazywamy zależność momentu obrotowego M, jaki rozwija silnik od kąta obrotu wirnika a, w zakresie obrotu o jedną działkę <J). Przykładowa charakterystyka mechaniczna silnika skokowego wysokomomentowego pokazana została na rys.6.1.

Jak widać na rys.6.1, istnieje pewien moment Mk. nazywany momentem krytycznym. Jeżeli silnik podczas pracy zostanie obciążony momentem większym od momentu krytycznego, nastąpi zgubienie kroku. W przebiegu charakterystyki statycznej wyróżnić można obszary: stabilny i niestabilny. Jeżeli w trakcie pracy wirnik silnika, wskutek drgań mechanicznych, znajdzie się w obszarze niestabilnym, to nie jest możliwe jednoznaczne określenie kolejnego położenia równowagi - istnieje wówczas możliwość zgubienia kroku. Jednym ze sposobów polepszenia własności dynamicznych silnika skokowego wysokomomentowego jest tzw. forsowanie prądowe, które wykorzystuje istnienie w charakterystyce mechanicznej silnika obszarów stabilnych i niestabilnych. Polega ono na takim kształtowaniu impulsu sterującego, by wartość prądu zasilającego silnik była większa w obszarze stabilnym i mniejsza w obszarze niestabilnym. Powoduje to zwiększenia wartości częstotliwości startowo-stopowej i ruchowej.