5. Шаговые двигатели

Шаговые двигатели служат для преобразования элект­рических импульсов напряжения в дискретные (скачкооб­разные) угловые или линейные перемещения — шаги. Они широко применяются в системах программного управления электроприводами.

Роторы шаговых двигателей имеют явнополюсное ис­полнение. Они подразделяются на активные (имеющие об­мотку возбуждения или постоянные магниты) и пассивные (реактивные). При активном роторе можно получить отно­сительно большие моменты, а при роторе с постоянными магнитами можно обеспечить его фиксацию при обесточен­ных обмотках.

На статоре шагового двигателя располагаются одна или несколько обмоток — обмоток управления. Эти обмотки могут быть сосредоточенными или распределенными. Они поочередно в определенной последовательности получают сигнал от электронного коммутатора.

Существует большое разнообразие шаговых двигателей. Принцип их работы рассмотрим на примере реактивного ша­гового двигателя с сосредоточенной обмоткой на статоре (рис. 10). На статоре этого двигателя располагаются три обмотки, каждая из которых состоит из двух катушек, размещенных на диаметрально противоположных выступах (полюсах).

Рис. 10. Реактивный шаговый двигатель с сосредоточенной обмоткой на статоре и двухполюсным ротором

Ротор имеет только два полюса, выполненных из магнитомягкого материала. При подаче сигнала от элек­тронного коммутатора на первую обмотку ротор займет положение, совпадающее с осью этой обмотки (рис. 10,а). Если затем, не отключая первую обмотку, под­ключить еще вторую обмотку, так чтобы соседние выступы Статора имели противоположную полярность, то ротор по­вернется на 30° и займет положение, показанное на рис. 10,б. После этого отключается первая обмотка и ротор поворачивается еще на 30°, занимая положение, совпадаю­щее с осью второй обмотки (рис. 10,в). Далее подклю­чится третья обмотка, и ротор повернется еще на 30° и т. д. У такого двигателя за один оборот ротор может сделать 12 шагов.

Если ротор двигателя выполнить четырехполюсным, то при рассмотренной выше очередности включения обмоток шаги будут равны 15° (рис. 11), и за один оборот их бу­дет сделано 24.

Рис. 11. К принципу действия реактивного шагового двигателя с сосредоточенной обмоткой на статоре и четырехполюсным ротором

Дальнейшее увеличение числа шагов двигателя за один оборот можно получить увеличением числа полюсов рото­ра. Для этой же цели иногда статоры выполняют из не­скольких смещенных в пространстве пакетов, располагае­мых в одном корпусе. Роторы для всех пакетов размещают­ся на одном валу и пространственного сдвига не имеют.

Рабочие свойства шаговых двигателей характеризуются следующими величинами:

1) отрабатываемым шагом;

2) предельной частотой импульсов, при которой к нача­лу следующего шага переходный процесс от предыдущего шага успевает закончиться;

3) частотой приемистости, т. е. максимальной частотой импульсов, при которой возможен пуск без выпадания ро­тора из синхронизма (без потери шагов);

4) частотой собственных колебаний;

5) электромагнитной постоянной времени обмоток статора.

Основными характеристиками шагового двигателя яв­ляются:

1) угловая характеристика, т.е. зависимость электро­магнитного момента от угла рассогласования ротора (oт устойчивого равновесия его при холостом ходе);

2) предельная механическая характеристика, представляющая собой зависимость частоты подачи управляющий импульсов от максимального момента на валу ротора, при котором происходит выпадание двигателя из синхронизма;

3) предельная динамическая характеристика приемистости, которая показывает зависимость частоты приемистости от момента на валу при переходных процессах (пуск, торможение, реверс).