Механическая часть электромеханической системы. Нагрев и охлаждение электродвигателей. Шаговый двигатель как элемент электромеханической системы, страница 12

Построение искусственных характеристик зависит от способа регулирования скорости. Рассмотрим построение искусственных характеристик при регулировании скорости путем изменения напряжения на якоре двигателя. Такой способ регулирования приводит к уменьшению скорости относительно естественной характеристики. Известный по технологическому процессу диапазон регулирования скорости D позволяет определить наименьшее значение скорости, которое должно дать искусственная характеристика при номинальном моменте, а именно ω_мин = ω_ном / D. Этим самым определится одна из точек искусственной механической характеристики. Второй точкой является точка идеального холостого хода, соответствующая напряжению на якоре, определяющее положение данной искусственной характеристики. Это значение напряжения вычисляется по формуле:

, а значение скорости в точке идеального холостого хода: ω₀ = U_я / С_м. Кроме этого следует определить искусственную механическую характеристику, которую необходимо получить в момент трогания электродвигателя, т.е. какое значение напряжения U_я прикладывается к якорю двигателя в момент, когда ω = 0, а момент, развиваемый им, должен быть равен статическому моменту сопротивления механизма М_п = М_ст . Таким образом имеем:

,   откуда .

Полученные характеристики строятся в плоскости ω = f (M).

Шаговый двигатель как элемент электромеханической системы

Шаговый двигатель представляет собой синхронную машину переменного тока, которая положена в основу построения дискретного (цифрового) электропривода. Его особенности определяются не особыми свойствами собственно ШД, а способом его управления. Угловое передвижение ротора ШД осуществляется путем переключения тока в его обмотках статора с помощью коммутатора. Это дает скачкообразное угловое перемещение вектора результирующего магнитного поля статора и самого ротора на фиксированную угловую величину, именуемую шагом. В ШД различают геометрический и электрический шаги. Электрический шаг двигателя определяется выражением , где n – число импульсов в одном периоде коммутации фаз, а геометрический шаг –, где p – число пар полюсов. Особенностью ШД является большое число полюсов – p=4…60, что обеспечивает малое значение шага  и возможность получения низких скоростей при сравнительно высоких частотах импульсов управления. Шаговые двигатели выполняются бесконтактными, и в настоящее время определились три основных типа, отличающихся конструкцией ротора:

·  ШД с активным ротором из постоянных магнитов.

·  ШД с пассивным зубчатым безобмоточным ротором (реактивные и индуктивные)

·  индуктивные двигатели с двумя пассивными зубчатыми роторами, связанными аксиально намагниченным кольцом

Основы устройства ШД

ШД с активным ротором имеют на статоре, как правило, явно выраженные полюса, на которых расположены обмотки управления. Обычно на статоре располагают две фазные обмотки, расщепленных на две половины, которые управляются однополярными импульсами тока, т. е. это практически четырехфазные двигатели. Число пар полюсов каждой из обмоток управления равно числу пар полюсов ротора Он имеет две обмотки управления и три пары полюсов. Одна обмотка располагается на нечетных полюсах, катушки которых соединены последовательно. Другая – на четных и сдвинута относительно первой в пространстве на угол 90 град/р (р – число полюсов обмоток управления). Подачей напряжения на любую из них создается намагничивание полюса за счет протекания  тока в обмотках. Ротор выполнен в виде звездочки из постоянных магнитов. Рассмотрим принцип действия такого ШД (рис.    ). Подача напряжения на обмотку управления называется тактом управления, тактом коммутации. Во время первого такта напряжение подается на первую обмотку и магнитный поток, созданный  током этой обмотки направлен по оси этой обмотки, а ротор занимает положение вдоль ее оси. Во время второго такта напряжение управления подано на две обмотки. Создается результирующий магнитный поток Ф₁₂, вектор которого поворачивается на угол θ₁ . Возникает синхронизирующий момент  и ротор поворачивается на тот же угол. На третьем такте напряжение управления подается только на вторую обмотку. Вектор магнитного потока поворачивается на угол θ₂, опять возникает синхронизирующий момент, поворачивающий ротор ШД на угол θ₂ и т.д. Такое управление обмотками создает синхронизирующий момент, вектор которого поворачивается на определенный угол, а значение самого вектора изменяется от такта к такту. Основные характеристики ШД     Основными характеристиками ШД являются шаг, угловая характеристика, предельная механическая характеристика, Предельная динамическая характеристика, частота приемистости, частота вращения ШД (до 2000…3000 об/мин).