Синхронные шаговые двигатели

Принцип работы шагового двигателя (ШД) напоминает рабо­ту поворотного электромагнита. Шаговый двигатель обычно со­стоит из трех автономно работающих секций 1, 2, 3 (рис. 4.12,6), каждая из которых включает неподвижный статор с обмоткой и ротор, причем роторы всех секций жестко закреплены на валу ШД. Ротор и статор ШД имеют полюсы (выступы), причем полюсы статоров секций совмещены, а полюсы роторов смешены относительно друг друга на 1/3 шага полюсов так, что если полю­сы ротора первой секции совпадают с полюсами статора, то по­люсы ротора второй секции сдвинуты относительно полюсов ста­тора на 1/3 шага, а полюсы ротора третьей секции — на 2/3 шага.

При подаче импульса напряжения на обмотку статора одной из секций ротор этой секции стремится принять положение наи­большей проводимости магнитного потока в магнитной цепи ста­тор-ротор, что вызывает совмещение полюсов ротора и статора этой секции и поворот вала ШД. Угол поворота Δφ определяется числом полюсов N (измеряется в градусах):

Рис. 4.12. Схема работы шагового электродвигателя: общая схема; 6 — положения секций статора и ротора; в — схема прохожде­ния магнитного потока

При подаче импульса на следующую обмотку вал ШД повер­нется еще на Δφ и т.д. Подача импульсов напряжения на обмотки секции в требуемой последовательности и с нужной частотой вы­полняется электронным коммутатором.

Применение ШД целесообразно, когда требуется прерывистое стартстопное вращение с точным позиционированием (например при управлении заслонками или золотниками) или когда требу­ется вращение вала с заданной скоростью (например, в приводе подач станка с ЧПУ). В последнем случае управляющее воздей­ствие на ШД имеет вид последовательности импульсов, частота которых и задает скорость вращения, а инерционность механи­ческих узлов привода подач делает вращение плавным.

Важной характеристикой ШД является его разрешающая способ­ность (приемистость), т.е. та частота прихода управляющих им­пульсов, начиная с которой ШД теряет способность надежно от­рабатывать каждый поступающий импульс. Например, при необ­ходимости изменения направления вращения изменение порядка прихода импульсов на обмотки в силу инерции не вызовет мгно­венного останова вала и его вращения в обратную сторону. Время, требуемое для останова и разгона вала, и определяет разрешаю­щую способность ШД.

Разрешающая способность ШД, применяемых в приводах по­дач станков с ЧПУ, составляет порядка 2 кГц, хотя при плавном разгоне и равномерном движении частота уверенной отработки приходящих импульсов может достигать 8 кГц.

Единичный угол поворота ротора (на импульс) составляет от 0,5 до 10° и обычно равен (1,5 + 0,5)°. Ошибка поворота при единич­ном шаге может достигать 30%, однако она не накапливается, а компенсируется ошибками на следующих шагах.

Шаговые двигатели широко применяются в цифровых систе­мах управления, так как могут управляться импульсами, поступа­ющими непосредственно с логических схем системы без проме-жуточных преобразований. По сравнению с двигателями постоян­ного и переменного тока ШД точнее, проще, надежнее, компак­тнее, более устойчивы к внешним воздействиям. Однако они име­ют меньший КПД и мощность (до 200 Вт) и не допускают дли­тельных перегрузок.

Электропривод.

Электроприводом называется привод, все элементы которого используют в качестве источника питания электросеть. В состав электропривода входят:

• переключатели — рубильники, кнопки, реле, ключи;

• регуляторы — переменные резисторы, индуктивности, емко­сти и трансформаторы;

• электрические датчики контроля температуры, момента и пр.;

• элементы защиты (предохранители, автоматические выключа­тели и реле защиты);

• логические элементы — электромагнитные реле, полупродниковые элементы;

• усилители — электронные, магнитные и др.;

• электродвигатели.

По роду тока электроприводы делят на приводы постоянного и переменного тока. По способу замыкания приводы делят на кон­тактные, в которых цепь замыкается механическим контактом электродов, и бесконтактные на базе полупроводниковых ключей. Контактные приводы распространены шире ввиду их простоты.

Электропривод металлорежущих станков включает электродви­гатель с электронным блоком управления скоростью вращения ротора и коробку скоростей, обеспечивающую регулирование ско­рости вращения главного движения и скоростей подач. Широко применяется ступенчатое регулирование скорости, когда асин­хронный двигатель работает на одной из нескольких допустимых скоростей, а требуемая скорость задается передаточным отноше­нием коробки скоростей. Точная установка скорости при этом не­возможна, однако привод имеет высокий КПД, прост и надежен в эксплуатации. Широко применяются также приводы на базе ре­гулируемых электродвигателей постоянного тока, развивающих большую мощность в широком диапазоне скоростей вращения. Электроприводы с шаговым двигателем в качестве исполнитель­ного устройства в станках применяются сравнительно редко вви­ду недостаточной для обработки мощности шаговых двигателей.

Гидропривод

Гидропривод включает в себя:

• электродвигатель с насосом для подачи жидкости под давле­нием в нагнетательную полость;

• предохранительный клапан, установленный в нагнетатель­ной полости и обеспечивающий заданное давление жидкости в полости;

• фильтр для очистки рабочей жидкости;

• золотниковый или струйный распределитель, управляющий подачей и спуском жидкости из полостей рабочего цилиндра;

• рабочий цилиндр;

• сливной бак, трубопроводы, клапаны, манометр и т.д.

Входным сигналом является обычно механическое перемеще­ние щупа или якоря электромагнита. В качестве внешнего источ­ника энергии выступает электросеть.

Гидроприводы отличаются малыми габаритными размерами при высокой выходной мощности и быстродействии и способностью к точному позиционированию рабочего органа. Кроме того, рабо­та этих приводов не сопряжена с вредными воздействиями на ок­ружающую среду (шум, вредные выделения и т.п.).