Принцип действия шаговых двигателей, их разновидности

Электромагнитный момент синхронной машины

В синхронных машинах большой и средней мощности потери мощности в обмотке якоря малы по сравнению с электрической мощностью Р, отдаваемой или потребляемой обмоткой якоря. Следовательно, если пренебречь величиной ΔРаэл, то можно считать что электромагнитная мощность машины Рэм = Р.

Электромагнитный момент пропорционален мощности Рэм, поэтому для неявнополюсной и явнополюсной машин соответственно:

,

где θ – угол между векторами МДС статора и ротора.

Зависимость момента на валу синхронной машины от угла θ называют угловой характеристикой.

При неявнополюсной машине зависимость представляет собой синусоиду, симметричную относительно осей координат.

В явнополюсной машине угловая характеристика несколько отличается от синусоиды из-за наличия реактивного момента, возникающего вследствие неодинаковой магнитной проводимости по продольной и поперечной осям.

37 Шаговый двигатель – это электрический синхронный мотор, совершающий каждый оборот за некоторое количество равноценных эквивалентных перемещений. От длины элементарного сегмента зависит точность, с которой ротор позиционируется нужным образом. В отдельности минимальное перемещение и называется шагом.

Шаговый двигатель в комплекте с драйвером обычно занимается преобразованием числа входящих импульсов в заданное угловое перемещение вала. Несмотря на то, что устройство широко сопрягается с цифровой техникой, управляющий сигнал зачастую является аналоговым. То есть на входы обмоток подаётся обычная синусоида нужной фазы. Для этого драйвер, получающий на один из своих контактов цифровой сигнал декодирует его и формирует нужные сигналы на двигатель. Это может быть как одна, две, три, четыре, так и более фаз. В зависимости от конкретных нужд.

Конструкция шагового двигателя

Ключевой особенностью шагового двигателя является форма стального ротора. Он снабжён полюсами, подчёркнутыми путём вынесения на кончик острого или тупого зубца. Строго говоря, это обычный металл, притягиваемый одной из катушек статора. Но обладает и некоторой намагниченностью остаточного рода, вызванную действием поля. Такое точное позиционирование полюсов статора и обеспечивает шаговому двигателю его уникальное свойство: точное позиционирование по углу поворота вала. Из этого правила встречаются исключения, рассмотренные ниже по тексту. (См. также: Как подключить двигатель от стиральной машины автомат)

Шаговые двигатели используются в промышленности и цифровой технике – везде, где требуется обеспечить точное позиционирование вала. Несмотря на то, что некоторые источники датируют это изобретение серединой XIX века, первые сведения просочились в специализированные журналы в 20-х годах XX века. Речь идёт о трёхфазном реактивном шаговом двигателе. Исходное применение традиционно стало военным: на кораблях королевского флота Великобритании эти устройства должны были направлять в нужную сторону торпеды. Позже технология перекочевала в армию США.

Первый открытый патент получен на прибор с ротором и статором на 32 зуба шотландским инженером Уолкером в 1919 году. Прибор рассчитан на работу с трёхфазным напряжением. Сегодня шаговые двигатель встречаются в жёстких дисках персональных компьютеров или автоматизированных линиях сборки. Ключевыми достоинствами являются низкая стоимость и простота позиционирования. Фактически альтернатив не имеется. Устройства применяются примерно с 70-х годов XX века и могут быть разделены на четыре основные группы:

Шаговые двигатели на постоянных магнитах.

Гибридные синхронные двигатели.

Вентильные реактивные двигатели.

Шаговые двигатели Лавета.

Полюсы могут иметь различную намотку, например, унифилярную или бифилярную (см. Катушка индуктивности). В первом случае ротор совершает обороты в одном направлении, если не предусмотреть дополнительную коммутацию фаз. Бифилярный двигатель работает на реверс простой подачей напряжения на другие пары контактов. В этом случае на каждом полюсе нить проволоки намотана с образованием двух катушек. Конструкция такова, что знаки полей будут противоположными. Это и обеспечивает простую организацию реверса. Схожие схемы можно наблюдать на примере двигателя привода барабана стиральной машины.

В мировой практике принята определённая маркировка для указанных разновидностей устройств:

Унифилярные:

Красный и жёлтый – первая обмотка.

Чёрный и оранжевый – вторая обмотка.

Бифилярные:

Обмотка с центральным общим выводом. Красный, чёрный, красный с белым – первая обмотка. Зелёный, белый, зелёный с белым – вторая обмотка.

Двойная обмотка полюса. Красный, красный с белым – первая пара первой обмотки. Жёлтый, жёлтый с белым – вторая пара первой обмотки. Чёрный, чёрный с белым —первая пара второй обмотки. Оранжевый, оранжевый с белым – вторая пара второй обмотки.

Каждая обмотка может образовывать несколько полюсов. Для включения реверса бифилярных шаговых двигателей коммутируется другая пара контактов. И если для формирования обратного вращения унифилярных разновидностей нужен формирующий контроллер, то здесь достаточно использовать обычный контактор.

Дата добавления: 2017-01-14