Квалификационная работа на соискание степени бакалавра

"Модернизация электропривода шагового двигателя Шд5"

Введение.

Современный электропривод представляет собой конструктивное единство электромеханического преобразователя энергии (двигателя), силового преобразователя и устройства управления. Он обеспечивает преобразование электрической энергии в механическую в соответствии с алгоритмом работы технологической установки. Разработка высокопроизводительных, компактных и экономичных систем привода является приоритетным направлением развития современной техники [1].

В данной работе рассматривается электропривод для шагового двигателя ШД-5Д1МУЗ (в дальнейшем именуемые просто, как ШД5). К сожалению, сейчас разработками электроприводов для шаговых двигателей, занимаются, в основном, за рубежом. Широкое применение двигателей ШД5¹ на установках в Институте ядерной физики (в ИЯФе около 200 экземпляров) и в промышленности для числового программного управления (ЧПУ) послужило основанием для разработки нового электропривода, взамен старому ПШД5/80, разработанному в ИЯФе.

Основным недостатком ПШД5/80 является морально – устаревшая элементная база. Так логическое управление существующего привода выполнено на ТТЛ – логике. А силовая часть выполнена из шести каналов. В каждом канале имеется четыре биполярных транзистора. При этом работа привода сопровождается значительным выделением тепла. Поэтому, в существующим приводе использовались громоздкие радиаторы. Более того, привод требовал принудительного воздушного охлаждения при интенсивной работе блока. ТТЛ – логика позволяла выполнить управление двигателем по простейшей схеме релейного управления токами в фазах. Из – за этого присутствовали пульсации момента двигателя на низких скоростях вращения, а также при старте и торможении. Важный параметр для устройств ЧПУ – отсутствие пульсаций момента независимо от скорости вращения и нагрузки на двигатель. Также важна возможность управлять ускорением при разгоне и торможении, когда влияние на работу двигателя оказывают силы инерции.

Добиваясь должного управления на ТТЛ – логике, приходилось бы использовать громоздкие платы с множеством микросхем, что в свою очередь могло привести к снижению надёжности работы привода, и появлению специальных программных обеспечений по управлению приводом. Такой привод мог не найти применения в промышленности. Поэтому в старой разработке привода ограничились простейшей схемой управления двигателем. Но современное развитие производства электронных компонентов послужило толчком для модернизации имеющегося привода. Так, например, сейчас фирмой Altera выпускаются программируемые логические матрицы, позволяющие запрограммировать логику порядка 1000 триггеров. Также в последнее время появились полевые транзисторы средних мощностей и драйверы к ним, фирмы International Rectifier, которые позволяют выполнить силовую часть привода наиболее простой. Таким образом, появились тенденции для разработки нового привода. Его конструктивные особенности будут изложены далее. А для начала я остановлюсь на особенностях самого шагового двигателя, для которого разрабатывается новый привод. Ведь выбрать оптимальный режим управления привода, можно только изучив подробно работу самого шагового двигателя, которому и посвящается следующий раздел.