9.1. Шаговые двигатели

Шаговые двигатели (stepping motors) являются приводными исполнительными механизмами, обеспечивающими фиксированные угловые перемещения (шаги). Каждое изменение угла поворота ротора - это реакция шагового двигателя на входной импульс. Поскольку каждый шаг двигателя соответствует определенному углу поворота ротора, а движение строго задано управляющими импульсами, управлять позиционированием и скоростью вращения очень просто. Это, однако справедливо при допущении, что ни один шаг не был пропущен, т. е. положение ротора полностью определено входными импульсами. В этом случае нет необходимости в обратной связи по углу поворота ротора - разомкнутый контур управления. В условиях переходного процесса при моменте, близком к номинальному, часть импульсов может быть пропущена. Если шаговому двигателю приходится работать в таких условиях, необходимо предусматривать контур обратной связи для компенсации ошибок.

Преимущества шаговых двигателей:

• высокая точность, даже в разомкнутой структуре управления, т. е. без датчика угла поворота;

• естественная интеграция с приложениями цифрового управления;

• отсутствие механических коммутаторов, которые часто создают проблемы в двигателях других типов.

Недостатки шаговых двигателей:

• малый вращающий момент но сравнению с двигателями приводов непрерывного типа;

• ограниченная скорость;

• высокий уровень вибрации из-за скачкообразного движения;

• большие ошибки и колебания при потере импульсов в системах с разомкнутым контуром управления.

Преимущества шаговых двигателей намного превосходят их недостатки, поэтому они часто применяются в тех случаях, когда достаточно небольшой мощности приводных устройств.

9.2. Двигатели постоянного тока

Электрические и механические динамические свойства двигателей постоянного тока были описаны выше (пример 3.3. раздел 3.2.1. и пример 3.5. раздел 3.2.2). Двигатели постоянного тока широко используются в качестве сервомоторов, несмотря на что в настоящее время все чаще для этого применяются двигатели переменного тока. Основным недостатком двигателей постоянного тока является наличие механического коммутатора (коллектора), который ограничивает как мощность, так и частоту вращения двигателя. Этот недостаток отсутствует у бесщеточных двигателей постоянного тока т.е. двигателей с ротором в виде постоянного магнита, у которых коммутация осуществляется электронным переключением токов статора. Бесщеточный двигатель постоянного тока имеет сходство с шаговым двигателем и некоторыми типами асинхронных двигателей.

Управление двигателем постоянного тока осуществляется регулированием напряжения приложенного к ротору, и иногда, напряжением возбуждения. Применение переменных резисторов, включенных последовательно с источником питания, имеет много недостатков. Резистор рассеивает энергию, причем выделившееся тепло должно быть отведено из-за возможных нежелательных эффектов. Распространенный способ управления напряжением питания - использование твердотельных приборов и ШИМ-управления. Напряжение питания "нарезается" таким образом, что его среднее значение имеет заданный уровень. В качестве переключателей в схемах управления двигателями постоянного тока обычно используются тиристоры.