5. Дайте понятие шагового электродвигателя (шд). Приведите классификацию шд. Объясните принцип действия шагового двигателя.

По принципу работы шаговый двигатель (ШД) является син­хронным двигателем. Отличие от последнего заключается в том, что магнитное поле ШД перемещается в воздушном зазоре дис­кретно (шагами). Вследствие этого движение ротора состоит из последовательных элементарных шагов. Для получения такого движения обмотки ШД подключаются в определенном порядке к источнику питания.

По принципу действия ШД делятся на три типа:

1) двигатели с ротором, представляющим собой постоянный магнит (магнитоэлектрические);

2) синхронные реактивные двигатели с переменным магнит­ным сопротивлением (индукторные);

3) гибридные (или синхронные реактивные) двигатели, кото­рые обладают свойствами двигателей первых двух типов.

По числу фаз — ШД разделяются на однофазные, двухфазные и многофазные; по числу паке­тов стали магнитопровода — на однопакетные, двухпакетные и многопакетные; по способу фиксации ротора при обесточенных обмотках управления — на двигатели с внут­ренней и внешней фиксацией.

Принцип работы ШД рассмотрим на примере простейшей схемы двухфазного ШД (рисунок 1а).

Рисунок 1 – Схемы двухфазного ШД

ШД имеет на статоре две пары явно выраженных полюсов, на которых находятся обмотки возбуждения (управления): обмотка 4 с выводами 1Н - 1К и обмотка 3 с выводами 2Н - 2К. Каждая из обмоток состоит из двух частей, находящихся на противополож­ных полюсах статора 2. Ротором в рассматриваемой схеме является двухполюсный постоянный магнит 5. Питание обмоток осуществляется импульсами напряжения, поступающими с блока управления 1, который преобразует одноканальную последовательность входных импульсов управления с частотой f_у в многоканальную по числу фаз ШД.

Предположим, что в начальный момент времени напряже­ние подается на обмотку 4. Прохождение тока по этой обмотке вызывает появление магнитного поля статора 2 с вертикально расположенными полюсами N – S. В результате взаимодействия этого поля с постоянным магнитом (ротором), последний займет равно­весное положение, в котором оси магнитных полей статора и ротора совпадают. Положение будет устойчивым, поскольку при отклонении от него на ротор будет действовать момент, стремящийся вернуть его в положение равновесия:

М = М_max∙sinα, (1)

где α - угол между осями магнитных полей статора и ротора; М_max – максимальный момент.

Затем с помощью блока управления 1 напряжение снима­ется с обмотки 4 и подается на обмотку 3. В этом случае образуется магнитное поле статора с горизонтальными полюсами (рисунок 1б), т.е.магнитное поле дискретно совершило поворот на четверть ок­ружности статора. При этом между осями статора и ротора появляется угол рассогласования α = 90 ° и на ротор будет действовать в соответствии с формулой (1) вращающий момент М = М_max, под действием которого он повернется на четверть окружности стато­ра и займет новое устойчивое равновесное положение, показанное сплошной линией на рисунке.

Для поворота ротора в том же направлении необходимо отключить обмотку 3 и пода­ть питание на обмотку 4, но с противоположной по сравнению с рисунком 1а полярностью напряжения. Магнитное поле статора опять будет иметь вертикально расположенные полюсы, но с другой по сравнению с рисунком 1а, полярностью. Магнитное поле совер­шит шаг на четверть окружности, и на ротор будет действовать синхронизирующий момент, который повернет его в по­ложение, показанное на рисунке 1в. Затем необходимо отключить обмотку 4 и подключить об­мотку 3 с обратной полярностью напряжения. И, наконец, ротор за­вершит полный оборот при снятии напряжения с обмотки 3 и подаче напряжения на обмотку 4.