Классифицируя ШД, следует разделить их по виду связи ротора и статора на две группы: с механической связью и с электромагнитной связью. Наибольшее распространение из двигателей с механической связью ротора и статора получили реверсивные импульсные двигатели храпового типа (рис. 7.2), шаг отработки которых строго постоянен и определяется только зубцовым делением храпового колеса, что исключает внесение ошибки в работу системы за счет двигателя. Современные ШД храпового типа обеспечивают частоту срабатывания до 150 Гц. Невысокое быстродействие этих шаговых двигателей, а также ограниченная мощность на валу определяют их применение в низкочастотных импульсных устройствах, таких как счетчики, шаговые искатели, различного рода регистраторы, программные устройства и т.п.
Двигатели с электромагнитной связью ротора и статора широко распространены, так как обладают лучшими динамическими характеристиками. По принципу работы они являются многофазными синхронными двигателями, однако, в отличии от последних, сохраняют синхронизм как при движении ротора, так и при пуске, торможении и реверсе, а также допускают длительную фиксированную стоянку ротора, когда по обмоткам ротора проходит постоянный ток. Для улучшения динамических характеристик ротор ШД выполняется максимального диаметра, без пусковой клетки, а статор имеет более высокие электромагнитные нагрузки.
Различают два основных вида шаговых двигателей с электромагнитной связью: магнитоэлектрические и индукторные. В первом случае ротор возбуждается постоянными магнитами или специальной обмоткой, питаемой постоянным током через контактные кольца. Такой тип двигателя называется двигателем с активным ротором и получил наибольшее распространение.
Индукторный шаговый двигатель имеет безобмоточный зубчатый ротор из магнитомягкой стали и называется в технической литературе двигателем с пассивным ротором (параметрический или реактивный ротор).
Обмотки управления располагаются на статоре. По числу обмоток управления различают двигатели с одной, двумя, тремя и большим числом обмоток.
По моменту, развиваемому на валу, ШД можно классифицировать как микродвигатели (Мд»0,01 Н/м), серводвигатели (Мд»0,1 Н/м) и силовые двигатели (Мд=1¸10 Н/м).
По роду тока управления ШД бывают постоянного и переменного тока. ШД переменного тока нашли ограниченное применение, т.к. при одинаковой допустимой индукции в магнитной цепи они развивают меньший синхронизирующий момент по сравнению с ШД постоянного тока. Кроме того, частота управляющих импульсов в ШД переменного тока ограничивается частотой питающей сети. Однако, отсутствие преобразователей тока и малое потребление мощности в согласованном положении ротора и статора иногда делает ШД переменного тока более приемлемыми по сравнению с ШД постоянного тока.
Принцип действия шагового двигателя с активным ротором поясняется с помощью упрощенной схемы (рис. 7.3), где показан двигатель с шагом a=60о. Статор имеет 6 выступающих полюсов с отдельными обмотками на каждом из них; у ротора – два полюса – постоянные магниты.
Если ток подается на обмотку I так, чтобы полюса имели полярность как на рис. 7.3а, то ротор занимает указанное на этом рисунке положение; при подаче тока в обмотки II, ротор поворачивается на 60о, как показано на рис. 7.3б и т.д.
Эпюры токов в обмотках изображены на рис. 7.4. Здесь же показана зависимость положения ротора в шагах h в функции времени. Вследствие инерционности двигателя завершение шага (начало следующего) сопровождается колебаниями ротора около равновесного положения. Каждое положение ротора устанавливается с большой точностью, порядка 3% от величины шага. Обеспечив соответствующие переключения в цепи управления, можно добиться перевода ротора из любого исходного положения в любое новое, при этом ротор может совершать любое заданное число оборотов.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.