Короткі теоретичні положення

Кроковим двигуном називається електродвигун з перериваним обертанням ротора під дією дискретного електричного сигналу, подаваного на обмотку керування. У якості ШД одержали широке поширення багатофазні синхронні двигуни з активним (збудженим) і реактивним (незбудженим) ротором. Крокові двигуни застосовуються з електронним комутатором, що подає на обмотки керування прямокутні імпульси. Послідовність підключення обмоток і частота імпульсів відповідає заданій команді. Кожному імпульсові керування відповідає поворот ротора на фіксований кут, називаний кроком двигуна, величина якого строго визначена конструкцією і способом переключення обмоток. Швидкість обертання пропорційна частоті, а сумарний кут повороту числу імпульсів керування.

При зміні послідовності підключення до обмоток керуючих імпульсів по довільному законі кроковий двигун працює в режимі спостереження, відтворюючи складний рух з точністю до одного кроку. ШД разом з комутатором можна віднести до систем частотного регулювання синхронного електродвигуна з можливістю зміни частоти від нуля. При знятті керуючих імпульсів ШД фіксує кінцеві координати кутового переміщення з точністю до часток кроку без застосування датчиків зворотного зв'язку, що спрощує систему керування.

У ШД з активним ротором ротор збуджується постійними магнітами або спеціальною обмоткою, що харчується постійним струмом через контактні кільця. У ШД із реактивним ротором – ротор без обмотки, виконується з магнитомягкой стали і має явно виражені смуги (зубці). Багатофазні якірні обмотки (обмотки керування) розташовуються на статорі. Фазні обмотки можуть розміщатися на одному (одностаторні конструкції двигунів), ротори яких знаходяться на одному валові. Звичайне число статорів дорівнює числу фаз і не перевищує двох або трьох (двох і трехстаторные конструкції).

Розміщення обмоток керування на декількох статорах у двигунах з активним ротором у деяких випадках виявляється доцільним, тому що підвищується швидкодія. Поперечний розріз одностаторного (а) і двухстаторного (б) крокових двигунів з активним ротором зображений на мал.3.

Розглянемо принцип дії ШД з активним ротором. При одному переключенні керуючої обмотки вісь результуючого поля на визначений кут. Ротор під дією синхронізуючого моменту відпрацьовує одиничний крок

Для наступного повороту осі полючи і ротора в тім же напрямку переключення обмоток повинні відбуватися в строго визначеному порядку.

 

Зміна напрямку обертання осі полючи і реверсування ротора двигуна відбувається при зміні порядку чергування включення обмоток на зворотний. Електронний комутатор у багатофазних ШД переключає обмотки в потрібній послідовності і виконує роль колектора і щіток.

Ротор реактивного ШД виконаний з магнитомягкой стали. На роторі знаходяться рівномірно розташовані зубці Zр, на статорі гребенчатые зубцовые зони, зміщені друг щодо друга на кут / mZp (де m-число фаз). Статор трифазного реактивного ШД має шість полюсних виступів із гребенчатыми зубцовыми зонами (мал.4). Обмотки керування можуть мати два незалежних висновки, або з'єднаються в зірку з виведеною загальною крапкою.

Рис.4 Статор трифазного реактивного ШД

 

Особливістю реактивного ШД полягає в тому, що потоки, утворені постійними складового струму в обмотках керування, не замикаються через повітряний зазор і не беруть участь в електромеханічному перетворенні енергії. Трифазні реактивні ШД допускають як однополярну, так і разнополярную і несиметричну комутації. Для збільшення швидкодії ШД зменшують крок двигуна шляхом використання електромагнітної редукції. Розміри зубців ротора дорівнюють розмірам зубців статора. Одна пара зубців ротора соосна з зубцями однієї пари полюсних виступів статора, а інші зубці ротора зміщені на 1/ р частина зубцового розподілу стосовно зубців інших пар полюсних виступів. При надходженні чергового сигналу керування відбувається поворот МДС статора на 60⁰ і реактивний момент повертає ротор на 1/3 зубцового розподілу в положення найбільшої магнітної провідності щодо збудженої пари полюсів, тобто на кут значно менший кута повороту МДС.

Зменшення кроку двигуна дозволяє підвищити швидкість відпрацьовування керуючого сигналу і частоту приемистости. Однак використання електромагнітної редукції приводить до зменшення синхронізуючого моменту.

Момент реактивного ШД виміряється за допомогою навантажувального генератора і визначається по формулі:

	(1)

 

де – частота обертання ротора ШД, про/з; (2)

- механічний крок двигуна, град;

- частота проходження імпульсу, Гц;

- напруга і струм навантажувального генератора (НГ);

- спадання напруги на щітках НГ;

- опір обмотки якоря;

- номінальна потужність НГ;

Механічні втрати приймаємо рівними втратам у міді - .

Механічний крок двигуна визначаються як відносини різниці кутів положення ротора ШД між двома сталими положеннями до числа кроків, що відробили двигуном, між цими двома положеннями:

(3)

де - число відпрацьованих імпульсів.