7.4.3. Крокові двигуни з активним ротором

Однопакетні КД з активним ротором (змінним магнітним опором) по своїй конструкції (рис.7.28) мало відрізняються від звичайних синхронних двигунів. Їхні ротори частіше збуджуються постійними магнітами, рідше - обмоткою збудження постійного струму. Ротори мають явно виражені полюси. З метою зменшення кроку їх виготовляють багатополюсними у вигляді магнітів-зірочок. Малі діаметри не дозволяють значно побільшати число полюсів, що приводить до порівняно великого кроку таких двигунів, який звичайно перебуває в межах від 15 до 90°. Зменшення кроку в цих двигунів можливо лише за рахунок збільшення числа фаз статора й тактів комутації. Прагнення зменшити крок приводить до того, що обмотки статора звичайно виконуються з мінімальним числом пазів, що доводяться на полюс і фазу q = 1.

Рис. 7.28. КД типу ШД-2 з активним ротором у вигляді магніту-зірочки.

Двигуни, від яких не потрібно фіксації ротора в знеструмленому стані, звичайно виготовляються зі скосом пазів статора. Останнє сприяє усуненню зубцевих гармонік у кривій моменту М = f(θ).

При необхідності фіксації ротора в знеструмленому стані статори виготовляються без скосу пазів. Для збільшення фіксуючого моменту пази статора звичайно мають значні прорізи. Наявність такої внутрішньої фіксації ротора, що не вимагає конструктивних ускладнень і додаткової потужності ззовні, є безсумнівною гідністю магнітоелектричних крокових двигунів. Для забезпечення мінімального зазору крокові двигуни часто мають наскрізну конструкцію.

Крім однопакетних крокових двигунів з активним ротором на практиці можна зустріти дво-, три- і багатопакетні двигуни. У двопакетного двигуна в одному корпусі є два зовсім однакові пакети стали ротора з однаковими обмотками. Пакети стали зміщені в просторі на половину зубцевого розподілу, що забезпечує відповідне зрушення обмоток у просторі й розширює можливості двигуна - веде до зменшення кроку без збільшення діаметра ротора й т.п. Обоє ротора-зірочки розташовуються на одному валу й не мають просторового зрушення, тобто осі їх полюсів збігаються.

Іноді для індикаторних цілей (роботи практично без моменту опору) застосовуються гістерезисні крокові двигуни, у яких ротор не має явно виражених полюсів і збуджується полем статора. Крок таких двигунів визначається числом пазів статора.

7.4.4. Крокові синхронні двигуни активного типу

На відміну від синхронних машин безперервного обертання КД мають на статорі явно виражені полюси, на яких розташовані котушки обмоток керування. Принцип дії крокового двигуна активного типу розглянемо на прикладі двофазного двигуна (7.29).

Рис. 7.29. Принципова схема керування КД: К – комутатор.

Розрізняють два види комутації обмотки крокового двигуна: симетрична й несиметрична (рис. 7.30). При симетричній системі комутації на всіх чотирьох тактах збуджується однакове число обмоток керування. При несиметричній системі комутації парним і непарним тактам відповідає різне число збуджених обмоток керування.

а) б)

Рис. 7.30. Види комутації обмоток КД: а – симетрична; б – не симетрична.

Ротор у крокового двигуна активного типу являє собою постійний магніт, при числі пар полюсів більше 1, виконаний у вигляді «зірочки».

Число тактів K_T системи керування називають кількістю станів комутатора на періоді його роботи T. Як видне з малюнків для симетричної системи керування K_T=4, а для несиметричної K_T=8.

У загальному випадку число тактів K_T залежить від числа обмоток керування (фаз статора, рис. 7.31) m_у й може бути полічене по формулі:

K_T = m_уn₁n₂,

де: n₁=1 — при симетричній системі комутації;

n₁=2 — при несиметричній системі комутації;

n₂=1 — при однополярній комутації;

n₂=2 — при двополярній комутації.

Рис. 7.31. Пояснення положення ротора КД з постійними магнітами при підключенні до живлення однієї (а) та двох (б) обмоток.

При однополярній комутації струм в обмотках керування протікає в одному напрямку, а при двополярній — в обидві. Синхронізуючий (електромагнітний) момент машини є результатом взаємодії потоку ротора з дискретно обертовим магнітним полем статора. Під дією цього моменту ротор прагне зайняти таке положення в просторі машини, при якому осі потоків ротора й статора збігаються. Ми розглянули крокові синхронні машини з однієї парою полюсів (р=1). Реальні крокові мікродвигуни є багатополюсними (р>1). Для прикладу приведемо двополюсний трифазний КД (рис. 7.32).

Рис. 7.32. Схема двополюсного трифазного КД.

Двигун з р парами полюсів має зубчастий ротор у вигляді зірочки з рівномірно розташованими уздовж окружності 2р постійними магнітами. Для багатополюсної машини величина кутового кроку ротора рівна:

α_ш=360/К_тр

Чим менше крок машини, тем точніше ( по абсолютній величині) буде спрацьовуватися кут. Збільшення числа пара полюсів пов'язане з технологічними можливостями й збільшенням потоку розсіювання. Тому р=4…6. Звичайно величина кроку ротора активних крокових двигунів становить десятки градусів.