Шаговые двигатели

Шаговые двигатели служат для преобразования электрических импульсов напряжения в дискретные угловые или линейные перемещения — шаги. Применяются в электроприводах с программным управлением.

Статор и ротор выполняют явнополюсными. На статоре располагаются обмотки управления, которые поочередно получают сигнал от коммутатора. Ротор может быть активным (с обмоткой возбуждения или постоянный магнит) и пассивным (выполнен из магнитомягкого материала без обмотки возбуждения, как в реактивном двигателе).

Принцип работы рассмотрим на примере реактивного шагового двигателя (рис. 6.38).

Рис.6.38 К пояснению принципа работы реактивного шагового двигателя

В момент времени на обмотку статора подан сигнал, в результате которого магнитный поток, согласно правилу буравчика, создается парой полюсов показанных на рисунке. Под воздействием реактивного момента ротор разворачивается по оси магнитного потока.

В момент времени с коммутатора на обмотку статора приходит другой сигнал в результате которого направление магнитного потока изменяется и силы действующие на ротор разворачивают его в положение указанное на рисунке.

В момент времени сигнал снова изменяется и ротор опять ориентируется по оси магнитного поля. У рассматриваемого двигателя ротор может за один оборот сделать 12 шагов. При увеличении количества полюсов ротора количество шагов увеличивается.

Синхронные машины с постоянными магнитами

Магнитный поток у таких машин создается постоянными магнитами, расположенными на роторе. Они небольшой мощности и применяются в приборостроении, устройствах автоматики.

П

Рис.3.39 Роторы двигателей с постоянными магнитами: 1 — вал; 2 —постоянные магниты; 3 —пакет ротора с запрессованной в нем пусковой обмоткой; а — радиальное расположение магнитов; б — аксиальное расположение магнитов

остоянные магниты могут иметь аксиальное расположение на роторе в двигателях мощностью до 100 Вт, а также радиальным — в двигателях до 500 Вт и более (рис. 6.39).

Рис.6.40 Механическая характеристика: М_осн — основной; М_рез —результирующий; М_т —тормозной моменты

Широко распространены двигатели с постоянными магнитами и асинхронным пуском. При пуске магнитное поле ротора наводит ЭДС в обмотке статора, и по ней начинает течь ток. При взаимодействии указанного тока и магнитного поля создается тормозной момент. На рис. 6.40 показана механическая характеристика двигателя: — основной, — тормозной, — результирующий моменты. При проектировании машины и выборе рабочего механизма необходимо учитывать действие тормозного момента.

Индукторные синхронные машины

Индукторные синхронные генераторы позволяют получить напряжение высокой частоты, сотен и даже тысяч герц. В индукторных генераторах магнитный поток не меняет своего знака, а только пульсирует. Происходит это за счет того, что статор и ротор имеют зубчатое строение (рис.6.41).

Рис.6.41 Индукторный генератор: а — разрез; б — график магнитного потока

При вращении ротора, когда его зубцы и зубцы статора находятся друг против друга сопротивление магнитному потоку наименьшее, магнитный поток , максимальный (рис. 6.41,  б). В следующий момент времени ротор повернется и его зубцы будут находиться против пазов статора. Это будет соответствовать наименьшему значению магнитного потока . Эти изменения будут наводить ЭДС повышенной частоты в обмотке статора.

КПД такого генератора меньше чем у обычных генераторов из-за пульсаций магнитного потока. Но зато ротор не имеет обмотки возбуждения, которая расположена на статоре, что позволяет исключить скользящие контакты. Поэтому надежность такого генератора выше.

Индукторная синхронная машина обратима, т.е. может работать как двигатель. Индукторный синхронный двигатель позволяет получить малые частоты вращения, которые зависят от числа зубцов ротора.