4. Электроприводы, применяемые в системах числового программного управления и в робототехнических комплексах

Управление исполнительными механизмами осуществляется с помощью систем привода, преобразующих сигналы управления в соответствующее сос­тояние механизма. Робототехнические комплексы и оборудование с ЧПУ пред­ставляют собой сложные устройства, содержащие большое количество меха­низмов с различными типами двигателей, работа которых организуется в соот­ветствии с общей программой с целью получения требуемого результата наи­более эффективным путем. Отдельные механизмы снабжаются электричес­ким, гидравлическим или пневматическим приводом. Наиболее распростра­ненным типом привода является электропривод.

Существующие системы ЭП классифицируются по различным признакам. Самым существенным из них является тип используемого электродвигателя, в соответствии с которым различают следующие классы электроприводов: 1) ЭП с двигателем постоянного тока; 2) ЭП с двигателем переменного тока; 3) ЭП с шаговым двигателем. Каждый из названных классов может быть под­разделен на более мелкие группы в зависимости от конкретных типов электродвигателей и других признаков. С учетом основных функций механиз­ма и режимов его работы различают ЭП зажимных устройств и устройств натя­жения, ЭП систем стабилизации скорости, позиционный ЭП, следящий ЭП и др.

ЭП с двигателями постоянного и переменного тока используются в систе­мах непрерывного и релейного управления для получения заданного закона движения. ЭП с шаговыми двигателями реализуют заданное движение как результат суммирования отдельных шаговых перемещений.

Шаговые двигатели имеют специфическую конструкцию, позволяющую фиксировать каждый шаг перемещения. По принципу действия ШД можно рас­сматривать как синхронный двигатель, позволяющий осуществлять синхрон­ность движения при пуске и торможении, а также допускающий длительную фиксированную остановку с протеканием постоянного тока в обмотках рото­ра. В то же время ШД является аналогом обращенной машины постоянного тока с поворотом щеток коллектора, имитируемым коммутатором ШД.

ШД различаются по числу фаз, по типу магнитной системы и способу воз­буждения. Наиболее распространенными являются многофазные ШД с числом фаз m , равным 3, 4 и 5.

По способу возбуждения ШД делят на следующие виды:

1) ШД с активным ротором (с электромагнитным возбуждением или магнитоэлектрические, т.е. с возбуждением постоянными магнитами);

2) индукторные ШД, имеющие зубчатый пассивный ротор с числом зубцов Z и гребенчатые зубчатые зоны статора. Каждая гребенчатая зубчатая зона

представляет собой выступающий полюс статора. В симметричной магнитной системе обмотки противоположных полюсов объединяются в фазы, так что число пар полюсов р статора равно числу фаз т . Число зубцов ротора Z_n вы­бирается так: если ось какого-либо полюса статора совпадает с осью зубца ротора, то ось соседнего полюса статора оказывается сдвинутой относительно оси ближайшего зубца ротора на угол 2π/(mZ_p ). При симметричной коммута­ции каждому переключению фаз соответствует угол поворота вектора намаг­ничивающих сил а = 2π/m (электрических радиан) или а_г = 2 π /2р (геометри­ческих радиан). В результате переключения ротор займет новое положение, т.е. повернется на угол а_м = 2π/mZ . Таким образом, механический шаг а ока­зывается меньше геометрического шага поля а_г. Отношение a_г/a_м = mZ_p/2p называется электромагнитной редукцией (ЭР), а двигатель с ЭР, большей или равной 1, — редукторным.

Классификационным признаком индукторного ШД является постоянство потокосцепления контура возбуждения, который реализуется за счет постоян­ной составляющей тока обмоток фаз (самовозбуждение) или специальной об­мотки возбуждения (независимое возбуждение);

3) индукторно-реактивные ШД, не имеющие отдельного контура возбуж­дения. При разнополярном управлении такие ШД развивают только реактив­ный момент, пропорциональный квадрату переменной составляющей тока фа­зы. При однополярной коммутации возникают одновременно реактивный и активный, или индукторный, момент, пропорциональный постоянной состав­ляющей тока в фазе;

4) реактивные ШД, электромагнитный момент которых является реактив­ным независимо от наличия или отсутствия постоянных составляющих тока в фазах.