Принцип действия и конструкция шагового двигателя активного типа.
ШД относится к классу синхронных машин. Любая синхронная машина может быть использована для построения дискретного привода.
Однако с учётом специфики управления серийно выпускаются специальные ШД, отличающиеся конструкцией и способом возбуждения.
ШД работают в комплекте с электронным коммутатором, переключающим обмотки управления с последовательностью и частотой, определяемой преобразователем.
ШД имеют различное число пар полюсов ротора (4,8 и более, до 60). Чем больше пар полюсов, тем меньше шаг двигателя. Катушки диаметрально противоположных полюсов статора, соединённые между собой последовательно или параллельно образуют фазу ШД.
ШД могут иметь различное число обмоток управления( обычно 2-4). Напряжение питания обмотки управления (ОУ) представляет собой последовательность однополярных или разнополярных импульсов, поступающих от коммутатора.
В настоящее время применяются в основном 3 типа ШД; отличающихся конструкцией ротора: ШД активного типа, ШД реактивный и индукторный ШД.
ШД активного типа и его конструкция.
Рис.2. Схема конструкции ШД активного типа
с постоянным магнитом на роторе.
Схема одной из конструкций ШД активного типа (рис.2) имеет на статоре явно выраженные полюсы, на которых расположены 2-е катушки управления и три пары полюсов на роторе. Катушки, расположенные на нечётных полюсах 1,3...11, соединены последовательно, образуя одну обмотку управления. Вторая обмотка - это катушки 2,4...12. Ротор у ШД активного типа - это постоянный магнит с явными полюсами.
|
|
|
Принцип действия ШД рассмотрим на примере двухфазного двигателя (см. рис.3), где 3а- схема включения обмоток управления 1 и 2 к коммутатору К.
Рис.4. Напряжение на обмотках управления
и положение ротора.
На рис. 4а приведена временная диаграмма силовых импульсов напряжения на ОУ при восьмитактной разнополярной и несимметричной системе коммутации.
Несимметричной называется система коммутации, если нечетным и четным тактам соответствует возбуждение различного числа ОУ (в данном случае 1 или 2).
Симметричной называют систему коммутации, если на всех тактах возбуждается одинаковое число ОУ.
Переход от одного такта к другому соответствует поступлению на коммутатор очередного импульсного сигнала управления. Во время такта 1 положительный импульс возбуждает ОУ1. Магнитный поток статора направлен по оси этой обмотки. Ротор (магнит) притягивается к полюсам обмотки 1 и занимает положение вдоль оси. При переходе к такту 2 дополнительно возбуждаются полюсы ОУ2. Результирующий поток статора Фс , создаваемый двумя обмотками, скачком поворачивается на 45о. Возникает синхронизирующий момент синхронного двигателя и ротор поворачивается на тот же угол. При переходе к третьему такту остаётся возбуждённой ОУ2. Поток статора и ротор поворачивается на один шаг, равный 45о. Положение потока статора и ротора показано на рис.3в. Положение потока статора и ротора на всех восьми тактах видно на рис.4б. При данном способе коммутации величина потока Фс на нечетных и четных тактах различна. Это связано с тем, что Фс создаётся одной или двумя ОУ. В результате этого изменяется и синхронизирующий момент от такта к такту. Это является недостатком несимметричной системы коммутации.
|
|
|
Для симметричной разнополярной схемы коммутации диаграмма управляющих импульсов и результирующего магнитного потока статора и положение ротора показана на рис.5а.
Рис.5. Временные диаграммы импульсов и пространственные диаграммы положения потока статора при симметричных системах коммутации:
а) разнополярной б) однополярной.
Как видно из рис.5а при симметричной коммутации шаг ротора увеличивается вдвое, но результирующий поток статора на всех тактах одинаков. Из ШД с активным ротором практическое применение получили двухфазные двигатели, у которых каждая фаза разделяется на две управляемые однополярными импульсами тока, т.е. практически четырёхфазные двигатели.
|
|
|
Сравнение диаграмм рис.5а и б показывает, что применение разнополярной коммутации может влиять на шаг равносильно удвоению ОУ при однополярной коммутации.
В современных ШД применяются и более сложные виды коммутации.
Количество состояний коммутатора, обеспечивающих новое угловое положение результирующего магнитного потока Фс в пределах 360°, называется числом тактов KТ схемы управления и определяется по формуле
(1)
где k1 - коэффициент, равный 1 при симметричной и 2 при несимметричной коммутации; mу - число обмоток управления; k2 - коэффициент, равный 1 при однополярной и 2 при разнополярной коммутации.
Нужно помнить, что в ШД, имеющих сдвинутые на 180° ОУ, применение разнополярной коммутации не имеет смысла.
Угловое перемещение ( шаг ) ШД в общем случае определяется зависимостью
или 
(2)
|
|
|
где Р - число пар полюсов ротора.
При четырёхтактной коммутации шаг восьмиполюсного двигателя a = 22.5°. Частота вращения ротора двигателя зависит от частоты подачи импульсов
(3)
Диапазон изменения частоты для четырёхтактного двигателя составляет 0¸500 Гц.
Максимальной частоте соответствует частота вращения 2000¸3000 об/мин.
Чем меньше шаг ШД, тем точнее отрабатывается угол. Увеличение числа пар полюсов ротора при его неизменном диаметре ограничен технологическими возможностями (Р= 4¸6). Увеличение числа обмоток связано с усложнением коммутатора (ту =2¸4).Поэтому a активных ШД составляет десятки градусов.
Дальнейшее уменьшение шага выполняется с помощью редуктора.
Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 900; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!