Шаговым движком именуют электромеханическое устройство, модифицирующее электронные сигналы в дискретные угловые перемещения вала. Применение шаговых движков позволяет рабочим органам машин совершать строго дозированные перемещения с фиксацией собственного положения в конце движения.

Дискретный электропривод с шаговым движком естественным образом смешивается с цифровыми управляющими устройствами, что позволяет удачно использовать его в станках с числовым программным управлением, в промышленных ботах и манипуляторах, в часовых механизмах.

Дискретный электропривод может быть реализован также при помощи серийных асинхронных электродвигателей, которые за счет специального управления могут работать в шаговом режиме.

Шаговые движки используются в электроприводах мощностью от толикой ватта до нескольких кв. Расширение шкалы мощности дискретного электропривода может быть достигнуто при использовании серийных асинхронных электродвигателей, которые за счет соответственного управления могут работать в шаговом режиме.

Принцип деяния шаговых движков всех типов состоит в последующем. При помощи электрического коммутатора вырабатываются импульсы напряжения, которые подаются на обмотки управления, расположенные на статоре шагового мотора.

Зависимо от последовательности возбуждения обмоток управления происходит то либо другое дискретное изменение магнитного поля в рабочем зазоре мотора. При угловом перемещении оси магнитного поля обмоток управления шагового мотора его ротор дискретно поворачивается прямо за магнитным полем. Закон поворота ротора определяется последовательностью, скважностью и частотой управляющих импульсов, также типом и конструктивными параметрами шагового мотора.

Принцип деяния шагового мотора (получение дискретного перемещения ротора) разглядим на примере простейшей схемы двухфазного шагового мотора (рис. 1).

Рис. 1. Облегченная схема шагового мотора с активным ротором

Шаговый движок имеет на статоре две пары очевидно выраженных полюсов, на которых Находятся обмотки возбуждения (управления): обмотка 3 с выводами 1Н — 1К и обмотка 2 с выводами 2Н — 2К. Любая обмотка состоит из 2-ух частей, находящихся на обратных полюсах статора 1 ШД.

Ротор в рассматриваемой схеме представляет собой двухполюсный неизменный магнит. Обмотки питаются импульсами от устройства управления, которое конвертирует одноканальную последовательность входных импульсов управления fупр, в многоканальную (по числу фаз шагового мотора).

Разглядим работу шагового мотора, предположив, что в исходный момент напряжение подано на обмотку 3. Ток в этой обмотке вызовет намагничивание вертикально расположенных полюсов N и 8. В итоге взаимодействия магнитного поля с неизменным магнитом ротора последний займет сбалансированное положение, в каком оси магнитных полей статора и ротора совпадают.

Положение будет устойчивым, так как на ротор действует синхронизирующий момент, стремящийся вернуть ротор в положение равновесия: М = Мmах х sinα,

где Мmах — наибольший момент, α — угол меж осями магнитных полей статора и ротора.

При переключении блоком управления напряжения с обмотки 3 на обмотку 2 появляется магнитное поле с горизонтальными полюсами, т.е. магнитное поле статора совершает дискретный поворот на четверть окружности статора. При всем этом меж осями статора и ротора появится угол рассогласования α = 90° и на ротор будет действовать наибольший крутящий момент Мшах. Ротор оборотится на угол α = 90° и займет новое устойчивое положение. Таким макаром, прямо за шаговым перемещением поля статора совершает шаговое перемещение ротор мотора.

Основной режим работы шагового мотора — динамический. Шаговые движки в отличие от синхронных рассчитаны на вхождение в синхронизм из состояния покоя и принудительное электронное торможение. Благодаря этому в шаговом электроприводе обеспечивается запуск, торможение, реверс и переход с одной частоты управляющих импульсов на другую.

Запуск шагового мотора осуществляется скачкообразным либо постепенным повышением частоты входного сигнала от нуля до рабочей, торможение — понижением ее до нуля, а реверс — конфигурацией последовательности коммутации обмоток шагового мотора.

Шаговые движки характеризуются последующими параметрами: число фаз (обмоток управления) и схема их соединения, тип шагового мотора (с активным либо пассивным ротором), одиночный шаг ротора (угол поворота ротора при единичном импульсе), номинальное напряжение питания, наибольший статический хронизирующий момент, номинальный крутящий момент, момент инерции ротора, частота приемистости.

Шаговые движки бывают однофазовыми, двухфазными и многофазными с активным либо пассивным ротором. Управление шаговым движком обеспечивается электрическим блоком управления. Пример схемы управления шаговым движком приведен на рисунке 2.

Рис. 2. Многофункциональная схема разомкнутого электропривода с шаговым движком

Сигнал управления fупр в виде импульсов напряжения поступает на вход блока 1, модифицирующего последовательность импульсов, к примеру в четырехфазную систему однополярных импульсов (в согласовании с числом фаз шагового мотора).

Блок 2 сформировывает эти импульсы по продолжительности и амплитуде, нужным для обычной работы коммутатора 3, к выходам которого подключены обмотки шагового мотора 4. Коммутатор и другие блоки питаются от источника неизменного тока 5.

При завышенных требованиях к качеству дискретного привода используют замкнутую схему шагового электропривода (рис. 3), которая не считая шагового мотора включает преобразователь П, коммутатор К и датчик шага ДШ. В таком дискретном приводе информация о реальном положении вала рабочего механизма РМ и скорости шагового мотора поступает на вход автоматического регулятора, который обеспечивает данный нрав движения привода.

Рис. 3. Многофункциональная схема замкнутого дискретного привода

В современных системах дискретного привода используются микропроцессорные средства регулирования. Область внедрения приводов с шаговыми движками повсевременно расширяется. Их внедрение перспективно в сварочных автоматах, устройствах времени, лентопротяжных и регистрирующих механизмах, системах управления топливоподачей движков внутреннего сгорания.

В статье применены материалы книжки Дайнеко В.А., Ковалинский А.И. Электрическое оборудование сельскохозяйственных компаний.

Школа для электрика