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. 3.46), 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 смещены 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 определяется числом полюсов N (измеряется в градусах).

При подаче импульса на следующую обмотку вал ШД повер­нется еще на Оср 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 промежуточных 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.