Žingsniniai varikliai

Žingsninis variklis yra elektromechaninis įtaisas, paverčiantis elektrinius signalus į diskrečius kampinius veleno judesius. Žingsninių variklių naudojimas leidžia mašinų darbiniams korpusams atlikti griežtai dozuotus judesius, fiksuojant savo padėtį judesio pabaigoje.

Žingsniniai varikliai yra pavaros, užtikrinančios fiksuotus kampinius judesius (žingsnius). Bet koks rotoriaus kampo pokytis yra žingsninio variklio atsakas į įvesties impulsą.

Diskreti elektrinė žingsninio variklio pavara natūraliai derinama su skaitmeniniais valdymo įrenginiais, kas leidžia sėkmingai panaudoti skaitmeniniu būdu valdomose metalo pjovimo staklėse, pramoniniuose robotuose ir manipuliatoriuose, laikrodžių mechanizmuose.

Atskira elektrinė pavara taip pat gali būti įgyvendinta naudojant seriją asinchroniniai elektros varikliai, kuris dėl specialaus valdymo gali veikti žingsniniu režimu.

Žingsniniai varikliai naudojami elektrinėse pavarose, kurių galia nuo vato dalies iki kelių kilovatų.Atskiros elektros pavaros galios skalės išplėtimas gali būti pasiektas naudojant serijinius asinchroninius elektros variklius, kurie dėl tinkamo valdymo gali veikti žingsniniu režimu.

Visų tipų žingsninių variklių veikimo principas yra toks. Elektroninio jungiklio pagalba generuojami įtampos impulsai, kurie tiekiami į valdymo rites, esančias ant žingsninio variklio statoriaus.

Priklausomai nuo valdymo ritių sužadinimo sekos, variklio darbiniame tarpelyje įvyksta vienoks ar kitoks diskretiškas magnetinio lauko pokytis. Esant kampiniam žingsninio variklio valdymo ritių magnetinio lauko ašies poslinkiui, jo rotorius diskretiškai sukasi pagal magnetinį lauką. Rotoriaus sukimosi dėsnį lemia valdymo impulsų seka, darbo ciklas ir dažnis, taip pat žingsninio variklio tipas ir konstrukcijos parametrai.

Žingsninio variklio veikimo principas (gaunamas diskretiškas rotoriaus judėjimas) bus nagrinėjamas naudojant paprasčiausios dvifazio žingsninio variklio grandinės pavyzdį (1 pav.).

Ryžiai. 1. Supaprastinta žingsninio variklio su aktyviu rotoriumi schema

Žingsninis variklis turi dvi poras aiškiai apibrėžtų statoriaus polių, ant kurių yra sužadinimo (valdymo) apvijos: 3 apvija su gnybtais 1H — 1K ir apvija 2 su gnybtais 2H — 2K. Kiekviena apvija susideda iš dviejų dalių, esančių priešinguose statoriaus 1 SM poliuose.

Nagrinėjamoje schemoje esantis rotorius yra dviejų polių nuolatinis magnetas.Ritės maitinamos impulsais iš valdymo įrenginio, kuris paverčia vieno kanalo įvesties valdymo impulsų seką į daugiakanalę (pagal žingsninio variklio fazių skaičių).

Apsvarstykite žingsninio variklio veikimą, darant prielaidą, kad pradiniu momentu įtampa tiekiama į ritę 3. Šioje ritėje esanti srovė įmagnetins vertikaliai išsidėsčiusius polius N ir 8. Dėl magnetinio lauko sąveikos su nuolatine rotoriaus magnetas, pastarasis užims pusiausvyros padėtį, kurioje statoriaus ir rotoriaus magnetinių laukų ašys yra vienodos.

Padėtis bus stabili, nes rotorių veikia sinchronizuojantis momentas, kuris linkęs grąžinti rotorių į pusiausvyros padėtį: M = Mmax x sinα,

čia M.max — didžiausias momentas, α — kampas tarp statoriaus ir rotoriaus magnetinių laukų ašių.

Valdymo blokui perjungiant įtampą iš ritės 3 į ritę 2, susidaro magnetinis laukas su horizontaliais poliais, t.y. statoriaus magnetinis laukas diskretiškai sukasi su ketvirtadaliu statoriaus apskritimo. Tokiu atveju atsiras nuokrypio kampas tarp statoriaus ir rotoriaus ašių α = 90 ° ir rotorių veiks maksimalus sukimo momentas Mmax. Rotorius pasisuks kampu α = 90° ir užims naują stabilią padėtį. Taigi, po žingsninio statoriaus lauko judėjimo, variklio rotorius juda laipsniškai.

Pagrindinis žingsninio variklio veikimo režimas yra dinaminis. Žingsniniai varikliai, skirtingai nei sinchroniniai, yra skirti sinchronizacijai patekti iš stovėjimo ir priverstinio elektrinio stabdymo.Dėl šios priežasties žingsninė elektrinė pavara užtikrina paleidimą, sustabdymą, atbulinę eigą ir perėjimą iš vieno valdymo impulsų dažnio į kitą.

Žingsninis variklis paleidžiamas staigiai arba laipsniškai padidinus įvesties signalo dažnį nuo nulio iki darbinio, sustabdomas sumažinant nulį, o atvirkščiai – keičiant žingsninio variklio apvijų perjungimo seką.

Žingsniniams varikliams būdingi šie parametrai: fazių (valdymo ritės) skaičius ir jų prijungimo schema, žingsninio variklio tipas (su aktyviu arba pasyviu rotoriumi), vieno rotoriaus pakopa (rotoriaus sukimosi kampas vienu impulsu). ), vardinė maitinimo įtampa, didžiausias statinis laiko momentas, vardinis sukimo momentas, rotoriaus inercijos momentas, pagreičio dažnis.

Žingsniniai varikliai yra vienfaziai, dvifaziai ir daugiafaziai su aktyviu arba pasyviu rotoriumi. Žingsninis variklis valdomas elektroniniu valdymo bloku. Žingsninio variklio valdymo schemos pavyzdys parodytas 2 paveiksle.

Ryžiai. 2. Atvirojo ciklo žingsninio variklio elektrinės pavaros funkcinė schema

Į 1 bloko įvestį tiekiamas valdymo signalas įtampos impulsų pavidalu, kuris paverčia impulsų seką, pavyzdžiui, į keturių fazių vienpolių impulsų sistemą (pagal žingsninio variklio fazių skaičių). .

2 blokas generuoja šiuos impulsus pagal trukmę ir amplitudę, reikalingą normaliam jungiklio 3 veikimui, prie kurio išėjimų prijungtos žingsninio variklio apvijos 4. Jungiklis ir kiti blokai maitinami nuolatinės srovės šaltiniu. 5.

Padidėjus diskrečios pavaros kokybei, naudojama uždara žingsninės elektrinės pavaros grandinė (3 pav.), kurioje, be žingsninio variklio, yra keitiklis P, komutatorius K ir žingsnio jutiklis DSh. Tokioje diskrečioje pavaroje informacija apie tikrąją darbinio mechanizmo RM veleno padėtį ir žingsninio variklio greitį tiekiama į automatinio reguliatoriaus įvestį, kuris suteikia nustatytą pavaros judėjimo pobūdį.

Ryžiai. 3. Uždarojo ciklo diskrečiojo pavaros funkcinė schema

Šiuolaikinės diskrečiųjų pavarų sistemos naudoja mikroprocesorių valdiklius. Žingsninių variklių pavarų pritaikymo spektras nuolat plečiasi. Jų panaudojimas perspektyvus suvirinimo aparatuose, sinchronizavimo įrenginiuose, juostiniuose ir įrašymo mechanizmuose, vidaus degimo variklių degalų tiekimo valdymo sistemose.

Žingsninių variklių pranašumai:

• didelis tikslumas, net ir esant atviros kilpos struktūrai, t.y. be vairo kampo jutiklio;

• vietinė integracija su skaitmeninio valdymo programomis;

• trūksta mechaninių jungiklių, kurie dažnai sukelia problemų su kitų tipų varikliais.

Žingsninių variklių trūkumai:

• mažas sukimo momentas, bet lyginant su nuolatinės pavaros varikliais;

• ribotas greitis;

• didelis vibracijos lygis dėl trūkčiojančio judėjimo;

• didelės paklaidos ir svyravimai su impulsų praradimu atvirojo ciklo sistemose.

Žingsninių variklių privalumai gerokai nusveria jų trūkumus, todėl jie dažnai naudojami tais atvejais, kai pakanka nedidelės pavaros įrenginių galios.

Straipsnyje naudojama medžiaga iš knygos Daineko V.A., Kovalinsky A.I. Žemės ūkio įmonių elektros įranga.