Шаговый электродвигатель

Шаговый электродвигатель — это импульсный синхронный электродвигатель, преобразующий электрические управляющие сигналы в дискретные (шаговые) перемещения исполнительного органа станка. Шаговые электродвигатели широко применяют в приводах подач станков с числовым программным управлением. Схема шагового электродвигателя ШД5Д-1М представлена на рис. 3.8. Электродвигатель состоит из двух одинаковых секций статора 1 (рис. 3.8, а) и общего ротора 2. Каждая секция статора (рис. 3.8, б) имеет шесть зубчатых полюсов 1—6, взаимодействующих с зубчатым ротором 7, имеющим 20 зубцов.

При этом зубцы каждого последующего полюса сдвинуты на 1/3 шага зубцов относительно предыдущего полюса, а обе секции статора сдвинуты относительно друг друга на 1/2 шага зубцов. Обмотки каждой пары противолежащих полюсов включены последовательно и образуют одну фазу. Таким образом, каждая секция электродвигателя имеет трехфазную обмотку, а с учетом второй секции электродвигатель имеет шестифазную обмотку.

Направления магнитных потоков, создаваемых этими шестью фазами в пределах 360°, представлены на рис. 3.8, в, где векторы 1,2,3 указывают направления магнитных потоков, создаваемых тремя фазами первой секции, а векторы 1′, 2′, 3′ — направления магнитных потоков, создаваемых тремя фазами второй секции. При подаче тока в первую фазу первой секции зубцы ротора устанавливаются точно напротив зубцов первого и четвертого полюсов, на которых находится обмотка первой фазы. При подаче тока во вторую фазу первой секции ротор повернется на 1/3 шага зубцов, т. е. на 6° так, что его зубцы окажутся напротив зубцов полюсов 2 и 5 (рис. 3.8, б). Если подать ток в третью фазу, то ротор повернется еще на 6°. Если подавать ток по очереди в обмотки второй секции, то ротор также будет поворачиваться на 6°, но со сдвигом на 3° относительно первой секции. Если ток подать сразу в первую фазу первой секции и в третью фазу второй секции, то ротор повернется на 1,5°, т. е. зубцы встанут между зубцами первой и второй секций. Таким образом, чередуя подачу тока то в одну фазу, то в две, получим непрерывное вращение шагового двигателя скачками по 1,5°. За 12 тактов двигатель повернется на 360/20 = 18°, т. е. один оборот он сделает за 240 тактов. Соответствующее чередование тока в обмотках шагового двигателя обеспечивается специальными кодовыми преобразователями, основными элементами которых являются счетчики импульсов со схемами обратных связей и мощные усилители, обеспечивающие ток в обмотках. При напряжении 48В шаговый двигатель обеспечивает частоту вращения до 4000 мин-1, что соответствует 16 000 Гц.

Высокомоментный электродвигатель — это электродвигатель постоянного тока, у которого вместо электромагнитного возбуждения используют возбуждение от постоянных магнитов. Высокомоментные электродвигатели применяют в электроприводах подач станков с числовым программным управлением. Они позволяют получать большие крутящие моменты при непосредственном соединении с ходовым винтом без промежуточных передач. Благодаря наличию возбуждения от постоянных магнитов, эти двигатели выдерживают значительные перегрузки и отличаются высоким быстродействием, так как способны кратковременно развивать большой (50—20-кратный) крутящий момент при малых частотах вращения. Отсутствие обмотки возбуждения, нагревающейся при работе двигателя с электромагнитным возбуждением, обусловливает меньший нагрев двигателя с постоянными магнитами. Благодаря этому стало возможным увеличить силу тока якоря и развиваемый крутящий момент без увеличения габаритных размеров двигателя.

Для увеличения равномерности вращения ротора двигателя и связанного с ним винта подачи при малых скоростях двигатель имеет большое число полюсов и коллекторных пластин малой ширины. Коллекторы двигателя и тахогенератора имеют специальное покрытие; щетки изготовляют из специально подобранных материалов. Для повышения теплостойкости двигателя при пропускании через обмотку токов большой силы изоляцию обмоток выполняют из материалов с высокой теплостойкостью.

Высокомоментный электродвигатель постоянного тока с возбуждением от постоянных магнитов изображен на рис. 3.9. Ротор 2 двигателя установлен в подшипниках качения, расположенных в крышках 1 и 10. Якорная обмотка 3 питается током через коллектор 5 и щеточный аппарат 6. В корпусе двигателя, выполненного в виде трубы, по всему периметру наклеены постоянные магниты 4. Якорь 8 тахогенератора посажен на ротор двигателя. Статор 7 тахогенератора может быть оснащен постоянными магнитами или обмоткой возбуждения. Редуктор 11 соединен с ротором двигателя гибкой муфтой 9.