ЭЛЕКТРОПРИВОДА МЕТАЛЛОРЕЖУЩИХ СТАНКОВ

ДИСКРЕТНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

В отличие от обычных двигателей, вал которых вращается рав­номерно, в дискретных (шаговых) двигателях (ШД) вал враща­ется прерывисто. Минимальный угол поворота вала (дискрета) составляет 1,5°. Встречаются и другие величины дискрет. Двига­тель (рис. 8) имеет на статоре две пары полюсов, на которых нахо­дится обмотка возбуждения / с выводами 1Н и 1К и обмотка II с выводами 2Н и 2К. Каждая из обмоток состоит из двух частей (по - луобмоток), находящихся на противоположных полюсах двигателя. ПолуобмОтки соединены между собою таким образом, что при по­даче на обмотку постоянного напряжения одной полярности обра­зуется система из двух разноимен­ных полюсов N—S, а при противо-

положной полярности — S—N.

Питание осуществляется им­пульсами напряжения, посту­пающими с выхода системы уп­равления в определенной после­довательности. Ротор представ­ляет собой двухполюсный посто­янный магнит, расположенный на валу двигателя внутри стато­ра. Рассмотрим работу ШД при условии, что в начальный момент напряжение подано на обмотку I. Прохождение тока по этой об­мотке вызовет появление маг­нитного поля ротора с вертикаль­но расположенными полюсами

If-S. Взаимодействие постоянного магнита ротора с полем при: Шэдит к тому, что ротор займет указанное на рис. 8,а равновесное Положение, в котором оси магнитных полей статора и ротора сов­падают. Положение будет устойчивым, так как при отклонении от Него на ротор будет действовать момент, возвращающий ротор в состояние равновесия.

Допустим, что с помощью системы управления напряжение снимается с обмотки I и подается на обмотку II. В результате маг­нитное поле статора поворачивается на 90°. Возникающий при этом момент «доворачивает» ротор на те же 90°, после чего вновь наступает устойчивое равновесие (рис. 8, б). Если теперь отклю­чить обмотку II, а на обмотку I подать напряжение противополож­ного знака, то произойдет реверс и ротор вновь займет положение, показанное на рис. 8, а.

Можно при этой же конструкции уменьшить шаг ротора в 2 раза (вместо 90°—45°). Допустим, что исходное положение дви­гателя соответствует схеме рис. 8,в. Подключим обмотку II, не отключая обмотку I. В результате взаимодействия всех магнит­ных полей ротор повернется на 45° (рис. 8, г). Для совершения следующего шага достаточно снять напряжение с обмотки I. Следу­ющий поворот произойдет при подключении обмотки / на напря­жение противоположной полярности без отключения обмотки II и т. д.

Вращение вала двигателя осуществляется с помощью последо­вательных управляющих импульсов, при этом каждому импульсу соответствует одно переключение обмоток двигателя и один шаг ротора. Установившийся режим работы характеризуется постоян - 1 ной частотой управляющих импульсов. При большой частоте им­пульсов ШД начинает вращаться равномерно.

Пуск двигателя осуществляется скачкообразным или постепен­ным увеличением частоты импульсов. Максимальная частота им­пульсов, при которой пуск ШД происходит без пропуска шагов, называется частотой приемистости. Она зависит от электромеха­нических и электромагнитных параметров двигателя, а также от Нагрузки.

В зависимости от числа фаз двигателя и устройства магнит­ной системы ШД бывают однофазными, двухфазными и многофаз­ными с активным или пассивным ротором. Активный ротор со­стоит из постоянных магнитов или содержит обмотку возбужде­ния. Наиболее широкое распространение получили магнитоэлект­рические ШД. Максимальная частота вращения у них составляет 3000 обЛмин, крутящие моменты — до. 0,01 Н-м, а частота прие­мистости — до 500 Гц.

ШД с пассивным ротором (не имеющим на зубцах обмотки возбуждения), обеспечивают дискрету до 1,5°. Они делятся на ре­активные и индуктивные. Принцип действия их основан на взаи­модействии магнитного поля и ферромагнитного сердечника с яв­но выраженными полюсами. По законам электромагнитной ин­дукции такой сердечник, помещенный в магнитное поле, стремится

занять положение, при котором силовые линии внешнего магнитного поля имеют минимальную длину.

Статор реактивного двигателя (рис. 9) имеет зубцы (явно выраженные полюсы) с расположенными вокруг них обмотками, возбуждения, получающими питание отис-і точника импульсного напряжения. Ротор двигателя, выполненный из ферромагнит­ного материала, не имеет на зубцах обмот­ки возбуждения, Число зубцов статора меньше числа зубцов ротора. При этом па-; ра диаметрально противоположных зубцов ротора соосна с парой диаметрально про-, тивоположных зубцов статора.

Предположим, что в исходном положе­нии (рис. 9,а) подано напряжение на об­мотку, расположенную на паре зубцов 1 Г1"~ статора. Ротор при этом находится в поло-

дискретныи двигатель женин устойчивого равновесия. Снимем на­пряжение с первой обмотки и подадим его на вторую. Это вызовет поворот магнитного поля на 60°, а зубцы ро­тора повернутся на угол аР (рис. 9,6), соответствующий минималь­ной длине магнитных линий между зубцами ротора и статора. Ро­тор займет равновесное положение. Отключение обмотки II и включение III приведет к новому повороту ротора на тот же угол аР=Тс—гР, где тс и тр — шаги зубцов статора и ротора; % = 360/zc; Тр = 360/Zp, где zc, zp — число зубцов на статоре и ро­торе. Окончательно ар = 360 (zp — гс)/гргс. Например, при zc = 6 и 2с — 8 сср=15°. Уменьшая разность чисел зубцов zp и 2С, можно сни­жать дискрету ШД.

К недостаткам ШД с пассивным ротором следует отнести ма­лые моменты, а следовательно, и малые мощности. Промышлен - ' ностыо выпускаются двигатели с шагом от 1,5° до 9°; моментом до 0,01 Н-м и частотой приемистости до 8000 Гц.