Крокові двигуни

Кроковим двигуном називають електромеханічний пристрій, модифікуючу електронні сигнали в дискретні кутові переміщення валу. Застосування крокових двигунів дозволяє робочим органам машин здійснювати строго дозовані переміщення з фіксацією свого становища в кінці руху.

Дискретний електропривод з кроковим двигуном природним чином змішується з цифровими керуючими пристроями, що дозволяє вдало використовувати його в верстатах з числовим програмним управлінням, в промислових роботів і маніпуляторів, в годинникових механізмах.

Дискретний електропривод може бути реалізований також за допомогою серійних асинхронних електродвигунів, які за рахунок спеціального управління можуть працювати в шаговом режимі.

Крокові двигуни використовуються в електроприводах потужністю від часток вата до декількох кв. Розширення шкали потужності дискретного електроприводу може бути досягнуто при використанні серійних асинхронних електродвигунів, які за рахунок відповідного управління можуть працювати в шаговом режимі.

Принцип дії крокових двигунів всіх типів полягає в наступному. За допомогою електричного комутатора виробляються імпульси напруги, які подаються на обмотки управління, розташовані на статорі крокової мотора.

Залежно від послідовності збудження обмоток управління відбувається те чи інше дискретне зміна магнітного поля в робочому зазорі мотора. При кутовому переміщенні осі магнітного поля обмоток управління крокової мотора його ротор дискретно повертається прямо за магнітним полем. Закон повороту ротора визначається послідовністю, скважностью і частотою імпульсів, також типом і конструктивними параметрами крокової мотора.

Принцип дії крокової мотора (отримання дискретного переміщення ротора) розглянемо на прикладі простої схеми двофазного крокового мотора (рис. 1).

Мал. 1. Спрощена схема крокової мотора з активним ротором

Кроковий двигун має на статорі дві пари очевидно виражених полюсів, на яких Знаходяться обмотки збудження (управління): обмотка 3 з висновками 1Н - 1К і обмотка 2 з висновками 2Н - 2К. Будь-яка обмотка складається з 2-ух частин, які перебувають на зворотних полюсах статора 1 ШД.

Ротор в розглянутій схемі є двополюсний незмінний магніт. Обмотки живляться імпульсами від пристрою управління, яке конвертує одноканальний послідовність вхідних імпульсів управління Fупр, в багатоканальну (по числу фаз крокового мотора).

Розглянемо роботу крокової мотора, припустивши, що в початковий момент напруга подано на обмотку 3. Струм в цій обмотці викличе намагнічування вертикально розташованих полюсів N і 8. В результаті взаємодії магнітного поля з незмінним магнітом ротора останній займе збалансовану позицію, в якому осі магнітних полів статора і ротора збігаються.

Положення буде стійким, так як на ротор діє синхронізуючий момент, який прагне повернути ротор у положення рівноваги: ​​М = Мmах х sinα,

де Мmах - найбільший момент, α - кут між осями магнітних полів статора і ротора.

При перемиканні блоком управління напруги з обмотки 3 на обмотку 2 з`являється магнітне поле з горизонтальними полюсами, тобто магнітне поле статора здійснює дискретний поворот на чверть окружності статора. При цьому між осями статора і ротора з`явиться кут неузгодженості α = 90 ° і на ротор буде діяти найбільший крутний момент Мшах. Ротор повернеться на кут α = 90 ° і займе нове стійке положення. Таким чином, прямо за кроковим переміщенням поля статора здійснює перемикається ротор двигуна.

Основний режим роботи крокового мотора - динамічний. Крокові двигуни на відміну від синхронних розраховані на входження в синхронізм зі стану спокою і примусове електронне гальмування. Завдяки цьому в шаговом електроприводі забезпечується запуск, гальмування, реверс і перехід з однієї частоти керуючих імпульсів на іншу.

Запуск крокової мотора здійснюється стрибкоподібним або поступовим підвищенням частоти вхідного сигналу від нуля до робочої, гальмування - зниженням її до нуля, а реверс - конфігурацією послідовності комутації обмоток крокового мотора.

Крокові двигуни характеризуються такими параметрами: число фаз (обмоток управління) і схема їх з`єднання, тип крокової мотора (з активним або пасивним ротором), одиночний крок ротора (кут повороту ротора при одиничному імпульсі), номінальна напруга живлення, найбільший статичний хронізується момент, номінальний крутний момент, момент інерції ротора, частота прийомистості.

Крокові двигуни бувають однофазовий, двофазним і багатофазними з активним або пасивним ротором. Управління кроковим двигуном забезпечується електричним блоком управління. Приклад схеми керування кроковим двигуном наведено на малюнку 2.

Мал. 2. Багатофункціональна схема разомкнутого електроприводу з кроковим двигуном

Сигнал управління Fупр у вигляді імпульсів напруги надходить на вхід блоку 1, що модифікує послідовність імпульсів, наприклад в чотирьохфазна систему однополярним імпульсів (відповідно до числом фаз крокового мотора).

Блок 2 формує ці імпульси за тривалістю і амплітудою, потрібним для звичайної роботи комутатора 3, до виходів якого підключені обмотки крокової мотора 4. Комутатор і інші блоки харчуються від джерела постійного тока 5.

При завищених вимогах до якості дискретного приводу використовують замкнуту схему крокової електроприводу (рис. 3), яка не рахуючи крокової мотора включає перетворювач П, комутатор К і датчик кроку ДШ. В такому дискретно приводі інформація про реальний стан вала робочого механізму РМ і швидкості крокового мотора надходить на вхід автоматичного регулятора, який забезпечує даний характер руху приводу.

Мал. 3. Багатофункціональна схема замкнутого дискретного приводу

У сучасних системах дискретного приводу використовуються мікропроцесорні засоби регулювання. Область впровадження приводів з кроковими двигунами постійно розширюється. Їх впровадження перспективно в зварювальних автоматах, пристроях часу, стрічкопротяжних і реєструючих механізмах, системах управління топливоподачей движків внутрішнього згоряння.

У статті використані матеріали книжки Дайнеко В.А., Ковалинський А.І. Електричне обладнання сільськогосподарських підприємств.

Школа для електрика