7.4.2. Крокові двигуни з пасивним ротором
Застосовувані в цей час крокові двигуни в більшості є багатофазними й багатополюсними синхронними електричними машинами. На відміну від звичайних синхронних двигунів ротори крокових двигунів не мають пускової короткозамкненої обмотки, що пояснюється частотним (а не асинхронним) їх пуском. Ротори двигунів можуть бути збудженими (активними) і незбудженими (пасивними).
На рис.7.26 зображені схеми роботи m-фазного крокового двигуна. Для спрощення аналізу фізичних процесів розглянемо роботу цього двигуна з найпростішим незбудженим ротором, що мають два полюси.
Живлення обмоток статора може бути однополярне або двополярне. При однополярному живленні напруга змінюється від нуля до +U; при двополярному - від + U до -U.
Сучасні електронні комутатори можуть забезпечувати живлення обмоток статора або порізно, або групами в різних комбінаціях. Кожному стану - такту комутації, число яких залежить від способів включення обмоток, відповідає цілком певні величина й напрямок вектора F результуючої МРС двигуна, а отже, і цілком певне положення ротора в просторі. Так, якщо обмотки двигуна харчувати по черзі (1, 2, 3, ..., т) однополярними імпульсами, то ротор двигуна буде мати т стійких положень, які збігаються з осями обмоток (див. рис.7.26, а). На практиці з метою збільшення результуючої МРС статора, а отже, і магнітного потоку, а також синхронізуючого моменту звичайно одночасно харчують дві, три й більше число обмоток. При цьому ротор двигуна при холостому ході займає положення, у яких його вісь збігається з результуючим вектором МРС.
Рис. 7.26. Схема роботи m-фазного КД: а – послідовне живлення однополярними імпульсами; б – живлення парної кількості обмоток; в – живлення непарної кількості обмоток.
У тому випадку, коли живлення отримує парна кількість обмоток, положення результуючого вектора МРС і ненавантаженого ротора збігаються з лінією, що проходить між двома середніми обмотками (рис.7.26, б). У тому випадку, коли харчується непарне число обмоток, стійкі положення ротора збігаються з віссю середньої обмотки (рис.7.26, в). Таким чином, в обох випадках ( при парному й непарному числі обмоток, що харчуються) ротор двигуна буде мати т стійких положень. Однак сусідні положення в цих випадках будуть зміщено на кут 2π/(2т) = π/т.
Якщо по черзі включати то парне, те непарне число обмоток (наприклад, 1 - 2, 1 - 2 - 3, 2 - 3, 2 - 3 - 4 і т.д.), те число стійких положень ротора n збільшиться вдвічі: n = 2т.
На практиці управління двигуна, при якому обмотки включаються по черзі рівними групами по дві, три і т.д., називають симетричним. Почергове включення нерівних груп обмоток називають несиметричним керуванням. Крім однополярного й двополярного, симетричного й несиметричного способів керування кроковими двигунами розрізняють ще потенційний і імпульсний способи керування.
При потенційному управлінні напруги на обмотках змінюються тільки в момент вступу керуючого сигналу - команди. При відсутності наступного сигналу керування одна обмотка або група обмоток, збуджені попереднім сигналом, залишаються під напругою й ротор займає цілком певне фіксоване положення.
При імпульсному керуванні будь-яка обмотка (або група обмоток), збуджена сигналом - імпульсом керування, після закінчення деякого часу, обумовленого тривалістю імпульсу, автоматично знеструмлюється. Фіксація положення ротора в період паузи між імпульсами забезпечується або внутрішнім реактивним моментом ( при наявності активного ротора), або спеціальними магнітними, електромагнітними або механічними фіксуючими пристроями.
Рис. 7.27. Схема обмоток (а) та послідовність комутації (б) КД типу ШД-2-1.
На рис.7.27 показаний принцип роботи двофазного крокового двигуна типу ШД-2-1. Обмотки цього двигуна мають виводи середніх крапок, що приводить до їхнього розщеплення на дві напівфази й перетворює двигун із двофазного в чотирьохфазний. На відміну від двигунів зі звичайною двофазною обмоткою, керування якими повинне здійснюватися різнополярними імпульсами, керування розглянутого двигуна здійснюється однополярними імпульсами, що значно спрощує комутатор.