Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Шаговые реактивные двигатели. Учебное пособие
.pdf
Рис. 31
Однако при этом у шаговых двигателей с электромагнитной редукцией и пассивным невозбужденном ротором существенным недостатком является очень низкая величина вращающего момента.
1.3. ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ С ВНЕШНИМ РОТОРОМ
В рассмотренных выше двигателях статор окружал внутренний
ротор. Однако выпускаются (хотя и реже) реактивные ШД с внешним
ротором. В этом типе двигателей ротор расположен вне статора.
На рис. 32 представлен шаговый реактивный двигатель с внешним ротором 1. Число шагов равно 81. Двигатель применяется в системах прогона бумаги. При этом ротор представляет собой ролик, с
помощью которого прогоняется бумага. Из рис. 32 видно, что двигатель является многопакетным. Статор 2 двигателя с обмотками 3 состоит из трех пакетов, закрепленных на валу. Внешний ротор 1 свободно вращается, так как он соединяется с валом двумя подшипниками. Длина активной части двигателя (150 мм) в несколько раз превышает его внешний диаметр (32,4 мм).
31
Рис. 32
1.4. ЛИНЕЙНЫЕ РЕАКТИВНЫЕ ШАГОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ
В рассмотренных выше двигателях ротор, хоть внешний, хоть
внутренний, вращается вне или внутри статора по часовой стрелке
или против нее.
Однако есть двигатели, называемые линейными, в которых движение ротора относительно статора линейно. Линейные двигатели,
так же как и вращающиеся, бывают постоянного тока, синхронными,
асинхронными и вентильными. Для управления используются и линейные ШД. Они относятся к малым линейным двигателям и в этой
категории находят широкое применение.
На рис. 33 приведен пример трехфазного реактивного линейного
шагового двигателя. На рисунке изображены зубцовый статор 3 с обмотками 2 и зубцовый ротор – ползунок 1, не имеющий обмоток.
Зубцовый шаг ротора и статора одинаков. Магнитопровод статора состоит из задней и передней частей.
Сердечники магнитопроводов и статора, и ползунка набираются
из пластин электротехнической стали.
32
Рис. 33
Этот двигатель перемещает каретку печатающего устройства, изготавливаемого серийно.
1.5. ИНДУКТОРНЫЕ ШД
Индукторные шаговые двигатели являются видоизмененными
индукторными синхронными машинами с 2, 3 или 4-мя фазами. Их
шаг варьируется от 15° и ниже, а частота отработки шага находится в
пределах нескольких килогерц. Они состоят из зубчатого ротора,
зубцы которого располагаются равномерно, и статора, гребенчатые
зубцовые зоны которого сдвинуты друг от друга на угол
/π2 mZ
р
Фазные обмотки в этих шаговых двигателях являются обмотками
возбуждения, которые имеют неизменяющееся потокосцепление, не
зависящее от расположения ротора.
Изготавливают множество разновидностей индукторных шаговых двигателей, которые классифицируют:
•
по числу фаз;
•
по расположению обмоток (могут размещаться на спинках
статора или его полюсах);
33
.
• по способу возбуждения (может быть независимым или воз-
буждением с самоподмагничиванием);
• по количеству пакетов статора;
• по способу фиксации ротора в обесточенном состоянии;
• по виду прохождения возбуждающего магнитного потока.
Рассмотрим индукторный ШД с самоподмагничиванием (самовозбуждением), общий вид которого представлен на рис. 34.
Рис. 34
Как видно по конструкции, двигатель изготавливается однопакетным и многофазным.
Геометрия магнитной цепи этих двигателей может быть многообразной (рис. 35).
На рис. 35 в верхнем ряду изображены варианты магнитопроводов статора, а в нижнем – варианты магнитопроводов ротора.
Во всех вариантах зубцы статора располагаются симметрично на
всех полюсных выступах. При этом полюса по расточке статора распределяются равномерно. Два этих условия необходимы для создания
жесткой связи между числом зубцов ротора
.пZ
выступов
Z
и числом полюсных
p
34
Рис. 35
m
m
=
Электрический угол для одного полюсного выступа определяют
по формуле
π2
α
=
п
Z
.
Z
p
п
Этим углом определяется также электрический сдвиг между следующими друг за другом фазными зонами
π2
π2α
П
k ±=
a
,
где k – какое-либо целое число; а – коэффициент, принимающий значения 1 и 2 в зависимости от взаимного расположения смежных фазных зон в полюсных выступах (а = 1, когда фазные зоны располагаются на соседних полюсах).
Тогда число зубцов ротора определяется как
Z ±=±=
p
П
).()(
akmqakm
Z
На рис. 36 представлен пример электрической схемы соединения
фазных обмоток шагового двигателя при
35
Z
8
П
, m= 4, а = 1.
При этом число зубцов ротора находят из уравнения
±
=
)14(2
P
kZ
.
Рис. 36
Если коммутация однополярная, допускается представление фазных токов как суммы постоянной и переменной составляющих. Магнитное поле статора, как известно, образовывается двумя обмотками;
по первой из них протекает постоянная составляющая тока, производящая поле возбуждения; по второй же, которая часто выполняется в
виде двухфазной обмотки, протекает переменная составляющая, производящая магнитное поле с числом пар полюсов, равным
.pZ
Для уменьшения величины шага для шаговых индукторных микродвигателей часто применяют принцип электромагнитного редуцирования скорости. Рассмотрим его подробнее. На рис. 37 изображена
конструкция трехфазного шагового реактивного двигателя.
36
Рис. 37
Ротор и статор такого двигателя изготавливают из листов электротехнической стали. Поверхности полюсных выступов статора и
ротора зубчатые.
Перечислим особенности конструкции:
• равенство зубцовых делений статора и ротора;
• нахождение на одной оси зубцов ротора и зубцов одной из
пар полюсных выступов статора, расположенных напротив
друг друга;
• смещение зубцов ротора по часовой стрелке на 1/3 зубцово-
го деления относительно зубцов второй пары полюсных выступов статора;
• смещение зубцов ротора против часовой стрелки на 1/3 зуб-
цового деления относительно зубцов третей пары полюсных
выступов статора.
Рассмотрим принцип действия этого двигателя. Подаем поочередно на обмотки управления однополярные импульсы питания. При
37
этом магнитный поток статора поворачивается на 120°. Возникает реактивный момент, поворачивающий ротор на 1/3 зубцового деления.
В этом положении магнитное сопротивление между ротором и парой
возбужденных полюсов минимально.
Так как число зубцов ротора
тора значительно больше угла поворота ротора, равного
Z
велико, угол поворота поля ста-
p
360
mZ
0
. По
p
окончании полного цикла коммутации ротор повернется на одно зуб-
0
360
цовое деление
Z
.
p
В шаговых индукторных двигателях в отличие от ранее рассмотренных реактивных ротор подмагничивается магнитным потоком,
постоянным по величине и направленным от статора. Это приводит к
увеличению синхронизирующего момента, улучшению энергетических и динамических характеристик.
Из описания принципа действия шагового реактивного двигателя
видно, что поворот ротора на одно зубцовое деление относительно
статора соответствует полному периоду изменения как магнитного
сопротивления, так и магнитного поля в воздушном зазоре. Напомним, что в обычных электрических машинах полный период изменения магнитного поля в их воздушном зазоре равен 360° эл. и эквивалентен паре полюсов.
2. ОСОБЕННОСТИ УПРАВЛЕНЯ ШАГОВЫМИ
РЕАКТИВНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ
2.1. РАЗОМКНУТЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ
Как правило, в шаговых реактивных двигателях для изменения
частоты вращения применяют разомкнутые системы управления без
цепи обратной связи. При работе ШД питается от источника постоянного тока и управляется электронной схемой.
38
Управление без применения дорогого контура обратной связи
экономически более выгодное. Но при этом возникают ограничения
по точности. Например, сравним ШД управляемые без обратной связи и двигатели постоянного тока, управляемые с обратной связью. У
последних частота вращения, ускорение и характеристики движения
более точны, чем у первых. Так как поворот ротора в ШД, управляемых без обратной связи, становится колебательным с нестабильными
значениями конечных скоростей.
Назначение системы управления определяется сложностью задач,
для решения которых применяются шаговые двигатели.
Для примера на рис. 38 изображен ШД 4, используемый для подачи бумажной ленты через звездочку 3 в перфораторе 2. Это устройство предназначено для создания управляющих инструкций (перфорации на бумажной ленте) в машинах с цифровым управлением.
Предположив, что шаговый двигатель – трехфазный, представим на
рис. 39 структурную схему его системы управления движения ленты.
Рис. 38
При подаче одного импульса управления ротор ШД поворачивается на один шаг (измеряемый в градусах фиксированный угол). Импульсы управления подаются на двигатель через инвертор 2 от логического блока 1.
39
Рис. 39
Основные элементы логической схемы – транзисторы или интегральные микросхемы. В логическом блоке определяется, какую фазу
необходимо запитать. Сигнал управления, от которого зависит значение тока ШД, от логического блока подается на инвертор.
Фазы обмотки обозначены на рис. 39 как 1, 2, 3. Если же двигатель двухфазный, то их обозначают как А и В.
На рис. 40 приводятся диаграммы импульсов управления при
вращении двигателя как по часовой, так и против часовой стрелки.
Рис. 40
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]