7.4.11. Лінійні крокові синхронні двигуни

При автоматизації виробничих процесів досить часто необхідно переміщати об'єкти в площині (наприклад, у графобудівниках сучасних ЕОМ і т.д.). У цьому випадку доводиться застосовувати перетворювач обертового руху в поступальне за допомогою кінематичного механізму.

Лінійні КД перетворять імпульсну команду безпосередньо в лінійне переміщення (рис. 7.44). Це дозволяє спростити кінематичну схему різних електроприводів. Статор лінійного крокового двигуна являє собою плиту з магнітом’якого матеріалу. Підмагнічування магнітопроводів проводиться постійним магнітом.

Рис. 7.44. Схема роботи лінійного КД.

Зубцеві поділи статора й рухливої частини двигуна рівні. Зубцеві поділи в межах одного магнітопроводу ротора зрушені на половину зубцевого поділу t/2. Зубцеві поділи другого магнітопроводу зрушені відносно зубцевих розподілів першого магнітопроводу на чверть зубцевого розподілу t/4. Магнітний опір потоку підмагнічування не залежить від положення рухливої частини.

Принцип дії лінійного крокового двигуна не відрізняється від принципу дії індукторного крокового двигуна. Різниця лише в тому, що при взаємодії потоку обмоток керування зі змінної складової потоку підмагнічування створюється не момент, а сила F_С, яка переміщає рухливу частину таким чином, щоб проти зубців даного магнітопроводу перебували зубці статора, тобто на чверть зубцевого розподілу t/4.

Δx_ш=t_z/К_t

де K_t — число тактів схеми керування.

Для переміщення об'єкта в площині по двом координатам застосовуються двокоординатні лінійні КД.

У лінійних КД застосовують магніто-повітряну підвіску. Ротор притягається до статора силами магнітного притягання полюсів ротора. Через спеціальні форсунки під ротор нагнітається стиснене повітря, що створює силу відштовхування ротора від статора. Таким чином, між статором і ротором створюється повітряна подушка, і ротор підвішується над статором з мінімальним повітряним зазором. При цьому забезпечується мінімальний опір руху ротора й висока точність позиціонування.

7.4.12. Режими роботи синхронного крокового двигуна

КД працює стійко, якщо в процесі відпрацьовування кута при подачі на його обмотки керування серії імпульсів не відбувається втрати жодного кроку. Це значить, що в процесі відпрацьовування кожного із кроків ротор двигуна займає стійку рівновагу стосовно вектора результуючої магнітної індукції дискретно обертового магнітного поля статора.

Режим відпрацьовування одиничних кроків відповідає частоті імпульсів керування, що подавайтеся на обмотки КД, при якому кроковий двигун відпрацьовує до приходу наступного імпульсу заданий кут обертання. Це значить, що на початку кожного кроку кутова швидкість обертання двигуна рівна 0.

При цьому можливі коливання кутового вала двигуна щодо значення, що встановилося. Ці коливання обумовлені запасом кінетичної енергії, яка була накопичена валом КД при відпрацьовуванні кута (рис. 7.45). Кінетична енергія перетвориться у втрати: механічні, магнітні й електричні. Чим більше величина перерахованих втрат, тем швидше закінчується перехідний процес відпрацьовування одиничного кроку двигуном.

Рис. 7.45. Процес відпрацювання кроків КД.

У процесі пуску ротор може відставати від потоку статора на крок і більш; у результаті може бути розбіжність між числом кроків ротора й потоку статора.

Основними характеристиками крокового двигуна є: крок, гранична механічна характеристика й прийнятність.

Гранична механічна та динамічна характеристики — залежність максимального синхронізуючого моменту та від частоти керуючих імпульсів (рис. 7.46, 7.47).

Рис. 7.46. Гранична механічна характеристика

Рис. 7.47. Гранична динамічна характеристика

Прийнятність — найбільша частота керуючих імпульсів, при якій не відбувається втрати або додавання кроку при їх відпрацьовуванні. Це основний показник перехідного режиму КД. Прийнятність росте зі збільшенням синхронізуючого моменту, а також зі зменшенням кроку, моменту інерції обертових (або лінійно переміщуваних) частин і статичного моменту опору. Прийнятність падає зі збільшенням навантаження.