2.3.6 Синхронные вентильные электродвигатели переменного тока
Синхронные вентильные электродвигатели переменного тока – это современные, перспективные электрические машины с высокими регулировочными свойствами. Применяются такие двигатели, в основном, в сервоприводах1 высокого качества.
Принцип действия. Конструкция синхронного вентильного двигателя мало отличается от вентильного (бесколлекторного) двигателя постоянного тока (см. рис. 2.10). У него так же, как и у обращенного двигателя постоянного тока, на роторе закреплены «мощные» постоянные магниты, а на статоре - обмотка, токами в которой управляет электронный блок. Отличие от двигателя постоянного тока заключается в том, что в обмотку статора от электронного блока подается переменный трехфазный ток синусоидальной формы. Ток создает вращающееся электромагнитное поле, которое взаимодействует с полем постоянных магнитов ротора и вызывает вращение ротора. В отличие от асинхронного двигателя, скорость вращения ротора в точности соответствует скорости вращения поля статора и вычисляется по формуле
(2.13)
При увеличении нагрузки ротор начинает отставать по фазе (углу), но не по скорости, от поля статора. Датчик угла поворота ротора совместно с электронным блоком фиксирует это отставание и путем увеличения тока в обмотках (увеличения момента двигателя) отставание сводится к минимуму. Таким образом, осуществляется самоуправление двигателя и, в отличие от классического синхронного двигателя, вентильный двигатель никогда не выпадает из синхронизма, легко запускается и не останавливается при отставании по фазе. Длительная перегрузка двигателя недопустима, так как при перегрузке размагничиваются магниты ротора. Скорость двигателя регулируется путем изменения частоты f питающего тока.
Конструкция двигателя. Статор двигателя близок по конструкции к статору асинхронного двигателя. Он выполнен из шихтованного железа, в пазах статора уложены три обмотки в соответствии с 3-х фазным питанием. Ротор двигателя несет на себе постоянные магниты (обычно магниты приклеены к ротору). Число магнитов соответствует числу полюсов 2р двигателя. Низкоскоростные двигатели имеют много полюсов и могут быть выполнены в виде кольца или диска. С ротором двигателя связывают датчик угла поворота ротора, в качестве которого используют резольвер – вращающийся трансформатор.
2.3.7 Шаговые электродвигатели
Шаговые двигатели относят к синхронным двигателям. Это многополюсные машины с импульсным питанием. Схема двигателя в виде развертки по сечению А-А ротора и статора изображена на рис. 2.23.
статор
ротор
развертка
статора
развертка
ротора
Рис. 2.23. Схема шагового двигателя:
1, 2, 3, 4 – Зубчатый магнитопровод; 5, 6, 7, 8 – обмотки
Статор двигателя выполнен в виде зубчатого магнитопровода 1…4, в пазах которого уложены обмотки 5…8. Ротор двигателя также зубчатый, сделан из магнитомягкой стали.
При подаче импульса тока в обмотку 5 ротор устанавливается в позицию наименьшего магнитного сопротивления, зубцы ротора – против зубцов магнитопровода 1 (как изображено на рисунке).
Следующий импульс тока подается в обмотку 6. Ротор сдвигается на 1/4 шага зубцов и устанавливается своими зубцами напротив зубцов магнитопровода 2. Следующий импульс тока, поданный в обмотку 7, сдвигает ротор еще на 1/4 шага и так далее.
Таким образом, ротор двигается поворачивается шагами с частотой, равной частоте подаваемых на обмотки импульсов тока. Подав на двигатель определенное число импульсов тока, можно переместить связанное с ним исполнительное звено на определенное расстояние или угол. После перемещения двигатель может фиксировать положение звена, работая в тормозном режиме.
Все это удобно при создании приводов позиционирования. Однако, в связи с тем, что двигатель работает в старт-стопном режиме с большими ускорениями, он не может перемещать объекты с большой инерцией. Допустимый, приведенный, к валу двигателя момент инерции указывается в паспорте двигателя. В паспорте указывается также частота приемистости – предельная частота, при которой не наблюдаются пропуски шаговых перемещений. Тяговые усилия шаговых двигателей и их скорости вращения относительно невелики, поэтому шаговые двигатели как правило применяются в приводах малой мощности, до 100 Вт.