лекции / ШагДвиг

Шаговые двигатели.

Шаговыми двигателями (ШД) называют электромеханические устройства, преобразующие электрические сигналы в дискретные угловые перемещения вала. Принцип действия всех типов ШД состоит в следующем. С помощью электронного коммутатора вырабатываются импульсы напряжения, которые подаются на обмотки управления, расположенные на статоре ШД. В зависимости от последовательности возбуждения обмоток управления происходит то или иное дискретное изменение магнитного поля в рабочем зазоре машины. При угловом перемещении оси магнитного поля обмоток управления ШД его ротор дискретно поворачивается вслед за магнитным полем.

Закон поворота ротора определяется последовательностью, скважностью и частотой управляющих импульсов, а также типом и конструктивными параметрами ШД. Поясним сказанное на примере простейшего -фазного двигателя с массивным (невозбужденным) двухполюсным ротором (рис. 10.39), управляемого однополярными импульсами. При однополярном питании обмоток напряжение изменяется от нуля до +U. Если импульс подан на фазу 1, то ось ротора займет положение, совпадающее с осью этой фазы (рис. 10.39, а). При снятии напряжения с фазы 1 и одновременной подаче импульса на фазу 2 ротор повернется (сделает шаг) на угол и займет положение, совпадающее с осью фазы 2, и т.д. Таким образом, если питать однополярными импульсами отдельно каждую обмотку m-фазного ШД с пассивным ротором, то двигатель будет иметь т устойчивых состояний.

Если фазы ШД питать группами, содержащими четное количество фаз, то ротор будет занимать положения, совпадающие с линиями, проходящими между осями средних фаз группы. Например, при одновременной подаче импульсов на фазы 1, 2 ротор займет положение, соответствующее рис. 10.39, б. При снятии напряжения

с фазы 1 и одновременной подаче импульса на фазу 3 ротор сделает шаг и т. д. Количество устойчивых положений ротора при таком способе управления также равно т. Оба рассмотренных способа управления ИД называются симметричными, так как поочередно включается одинаковое количество фаз.

При несимметричном управлении, т.е. при поочередном включении неравных по количеству групп фаз, число устойчивых состояний равно 2т. Действительно, если коммутатор подает импульсы на фазы по закону 1; 1-2; 2; 2-3; 3;..., то сначала ротор займет положение рис. 10.39, а, затем сделает шаг и займет положение рис. 10.39, б и т.д.

При активном (возбужденном) роторе ШД используется и двухполярная коммутация, когда на фазу может быть подано напряжение +U или - U.

Параметры и характеристики ШД. Любой ШД характеризуют следующие параметры: тип ШД (активный, пассивный); число фаз (обмоток управления) m и электрическая схема их соединения; одиночный шаг ротора ; номинальное напряжение питания ; максимальный статический синхронизирующий момент ; номинальный вращающий момент , момент инерции ротора ; частота приемистости . Для каждого ШД существует максимально допустимая частота следования импульсов, которую способен отрабатывать ШД без выпадения из синхронизма (частота приемистости).

Максимальным статическим синхронизирующим моментом ШД называют наибольшее значение момента по статической характеристике двигателя. Статической характеристикой ШД называется зависимость статического момента от угла поворота ротора. Ее определяют при токах в фазах двигателя, равных номинальным. В первом приближении кривая статического синхронизирующего момента (статическая характеристика) где θ - угол между осями включенной фазы и полюса ротора.

Для ШД с активным ротором период кривой синхронизирующего момента равен двойному полюсному делению ротора, а для ШД с пассивным ротором - зубцовому делению ротора.

Статическая ошибка ШД , т.е. угол рассогласования в статическом режиме, определяется соотношением момента нагрузки и :

Обычно, учитывая возможное снижение питающего напряжения, а также для уменьшения статической ошибки ШД отношение выбирают не более 0,4-0,5.

Быстродействие ШД определяется его электромагнитной и механической инерцией. Для уменьшения электромагнитной постоянной времени фаз последовательно с фазами включают балластные сопротивления . При этом где, -индуктивность и активное сопротивление фазы.

ШД представляет собой колебательную систему, имеющую частоту собственных круговых колебаний, рад/с, равную для двигателей с активным ротором и для двигателей с пассивным ротором где - число зубцов ротора.

Поэтому при совпадении частоты следования управляющих импульсов с собственной частотой ШД амплитуда колебаний ротора резко возрастает и в работе ШД может произойти сбой. Для устранения подобных сбоев применяют специальные демпферные устройства или увеличивают на валу двигателя момент нагрузки. Применение любого из этих средств устранения резонансных сбоев приводит к снижению приемистости ШД.

Очень важными характеристиками ШД являются зависимости приемистости от момента нагрузки и момента инерции . Эти динамические свойства ШД лучше всего отражают семейство кривых при различных значениях .