10. Шаговый импульсный двигатель

Принцип действия. Шаговые (импульсные) двигатели представляют собой синхронные микродвигатели, у которых питание фаз обмотки якоря осуществляется путем подачи импульсов напряжения от какого-либо (например, электронного) коммутатора. Под воздействием каждого такого импульса ротор двигателя совершает определенное угловое перемещение, называемое шагом. Коммутатор преобразует заданную последовательность управляющих импульсов в т-фазную систему одно- или двухполярных прямоугольных импульсов напряжения;

Рис. 7.15. Схемы работы шагового двигателя при питании различных фаз обмотки якоря

На рис. 7.15 изображена схема m-фазного шагового двигателя без обмотки возбуждения на роторе. Если фазы 1, 2, 3,...,m обмотки якоря рассматриваемого двигателя питаются поочередно однополярными импульсами напряжения, то ротор двигателя скачкообразно перемещается в положения, при которых его ось совпадает с осями фаз 1,2, 3 и т. п. Следовательно, ротор имеет m устойчивых состояний, соответствующих направлению вектора МДС F^→₁ (рис. 7.15, а) обмотки якоря в данный момент времени; при этом шаг ротора равен 2π/m.

Для увеличения результирующей МДС якоря, а следовательно, магнитного потока и синхронизирующего момента обычно одновременно подают питание на две, три и большее количество фаз. Так, например, если одновременно подают питание на две фазы, то положение результирующего вектора МДС F^→_peз и оси ротора совпадает с линией, проходящей между осями двух соседних фаз (рис. 7.15,б). При подаче питания одновременно на три соседние фазы ротор перемещается в положение, совпадающее с осью средней фазы (рис. 7.15, в). Если поочередно включают то четное (две), то нечетное (одна, три) число фаз, то ротор двигателя имеет 2m устойчивых состояния и шаг равен π/m. Управление двигателем, при котором фазы обмотки якоря включают поочередно равными группами по две, три и т, п., называют симметричным; поочередное включение неравных групп фаз — несимметричным.

В качестве шаговых обычно применяют синхронные двигатели без обмотки возбуждения на роторе: с постоянными магнитами, реактивные и индукторные (с подмагничиванием). Для получения требуемых статических характеристик и динамических свойств их выполняют без пусковой обмотки, с ротором минимального диаметра и рассчитывают на большие электромагнитные нагрузки.

Рис. 7.16. Положения ротора шагового двигателя с постоянными магнитами при различных полярностях включения его фаз и диаграмма изменения тока в этих фазах

Применение шагового двигателя целесообразно для привода механизмов, имеющих старт-стопное движение, или механизмов с непрерывным движением, если управляющий сигнал задан в виде последовательности импульсов (лентопротяжных устройств для ввода и вывода информации, счетчиков, приводов станков с программным управлением и т. п.).

11. Условия включения синхронного генератора на параллельную работу

Обычно на каждой электростанции устанавливается несколько генераторов. Электрические станции объединяются в единую энергетическую систему, поэтому параллельно на общую сеть работает большое число синхронных генераторов. Мощность генераторов объединенной энергетической системы России около 200 млн. кВт [2]. При объединении электрических станций в единую систему обеспечивается экономичное покрытие суточных максимумов нагрузки, а также резервирование и маневрирование агрегатов электростанций.

При включении генераторов на параллельную работу с сетью необходимо избегать чрезмерно большого толчка тока и возникновения ударных электромагнитных моментов и сил, способных вызвать повреждение генератора и другого оборудования, а также нарушить работу электрической сети.

Идеальные условия для включения генератора на параллельную работу достигаются при соблюдении следующих условий:

1) напряжение включаемого генератора U_г должно быть равно напряжению сети U_с;

2) частота генератора f_г должна равняться частоте сети f_с;

3) чередование фаз генератора и сети должно быть одинаково;

4) напряжение генератора U_г и сети U_с должны быть в фазе.

То есть при подключении генератора к сети мгновенные значения напряжения (эдс) генератора всегда соответствовали мгновенным значениям напряжения одноименных фаз сети. При указанных условиях векторы напряжений генератора и сети совпадают и вращаются с одинаковой скоростью (рис. 16.1). Разность напряжений сети и генератора одноименных фаз    (16.1) и поэтому при подключении не возникает никакого толчка тока. Равенство напряжений достигается путем регулирования тока возбуждения генератора  и проверяется с помощью вольтметра. Изменение частоты и фазы напряжения генератора достигается изменением скорости вращения генератора.