Хотите заказать? Есть вопросы?

Момент инерции нагрузки и обратная ЭДС шагового двигателя

При выборе шагового двигателя первой характеристикой, на которую обращают внимание, является его выходной крутящий момент. Сразу как следствие возникает вопрос о скорости работы шагового двигателя, так как этот параметр напрямую связан с моментом. Технически подкованные пользователи следующим этапом принимают во внимание момент инерции нагрузки, приведенной к валу двигателя, так как инерционность нагрузки влияет и на требуемый момент, и на точность позиционирования (вернее, на поведение двигателя при разгоне и торможении). Совсем немногие специалисты знают о связи момента инерции с вибрацией двигателя и резонансной частотой двигателя, и принимают во внимание этот аспект. Однако, почти никогда пользователи не учитывают, что инерционная нагрузка в некоторых случаях является причиной выхода из строя шаговых приводов и приводит к непредсказуемым последствиям в результате возникновения больших величин ЭДС.

Давайте вспомним, что такое инерционность нагрузки. Момент инерции - это характеристика объекта, которая препятствует изменению его угловой скорости. В случае разгона двигателя инерционность нагрузки создает дополнительный момент сопротивления, который привод должен преодолеть, и ограничивает максимальные значения скорости и ускорения, при которых шаговый двигатель будет работать. В случае замедления и остановки момент инерции мешает торможению нагрузки.

Еще одна важная особенность работы любого электродвигателя - генерирование обратной электро-движущей силы. Вспомним, что по законам электродинамики на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует сила Ампера, которая создает крутящий момент. Верно и обратное - при движении проводника в магнитном поле в нем (проводнике) возникает электрический ток (генерируется ЭДС). Таким образом очевидно, что шаговый двигатель может работать и как генератор. Однако, если работа двигателя в качестве генератора не контролируется, это свойство может приводить к негативным последствиям.

При запитанных фазах и корректной коммутации обмоток драйвером движение вала двигателя контролируется блоком управления. В случае внезапного отключения питания фаз двигателя (например, при срабатывании аварийного датчика или обрыве фазы) во время работы на высокой скорости момент инерции нагрузки вызывает дальнейшее вращение ротора. В этот момент вращающийся ротор работает как генератор, продуцируя некоторое значение обратной ЭДС. Чем выше скорость вращения и чем больше индуктивность фаз двигателя, тем выше это значение. В случае, когда инерционность нагрузки велика, а привод работает на больших скоростях, это значение обратной ЭДС может быть сравнимо или превосходить напряжение, подаваемое на двигатель при коммутации фаз. Это явление зачастую приводит к выходу из строя силовой цепи драйвера управления шаговым двигателем и порче оборудования.

Так как из-за недостаточности исходных данных расчет обратной ЭДС обычно не делается, есть общая рекомендация по выбору шагового двигателя ля работы с инерционной нагрузкой: момент инерции нагрузки должен быть сопоставим с моментом инерции ротора двигателя. Рекомендуемые соотношения моментов инерции - 1:1...1:10. При больших величинах момента инерции могут возникать и проблемы с позиционированием, ухудшаются динамические характеристики системы, возникает опасность выхода системы из строя под воздействием больших величин обратной ЭДС.

Таким образом, мы хотим напомнить, что важнейшим параметром при подборе шагового двигателя является момент инерции нагрузки по нескольким причинам: