animateMainmenucolor
activeMenucolor
Главная / ЧПУ станок / Шаговый Двигатель Станка

Шаговый Двигатель Станка

шаговый двигатель станок

Развитие числового управления дало толчок созданию двигателей для привода исполнительных органов металлообрабатывающих станков - шаговых двигателей. Системы числового управления будут более простыми, повысится их надежность и эффективность, если питание двигателя электрической энергией осуществить в дискретной форме. На вход двигателя поступают импульсы тока, на выходе получаем вращательное движение вала двигателя, причем каждому импульсу на входе соответствует определенный угол поворота вала, на выходе - шаг на валу α. Импульсы на входе можно рассматривать как кодовые комбинации в унитарном коде. Зная α, можно всегда определить число импульсов, чтобы получить на выходе заданное механическое перемещение.

Шаговый двигатель, как и другие электрические двигатели, имеет неподвижную часть - статор и подвижную - ротор с определенным числом выступов - полюсов. Преобразование электрической энергии в механическую осуществляется в результате электромагнитного взаимодействия между статором и ротором.

Шаговые двигатели металлорежущих станков по мощности можно разделить на две группы:

  • силовые двигатели, которые применяются непосредственно для перемещения исполнительного органа станка;
  • двигатели малой мощности, которые служат для управления другим более мощным приводом, который перемещает исполнительный орган.

По числу обмоток управления шаговые двигатели могут быть однообмоточными, двухобмоточными, трехобмоточными и многообмоточными. В первом случае управляющие импульсы поступают в одну обмотку, в остальных случаях - распределяются между обмотками в определенной последовательности. Например, в трехобмоточных двигателях первый импульс поступает в одну обмотку, второй - во вторую, третий - в третью, затем снова в первую и т. д. В этом случае двигатели снабжают специальными коммутаторами, которые распределяют импульсы по обмоткам в заданной последовательности.

В зависимости от роли ротора различают шаговые двигатели с активным и реактивным роторами. У первых ротор имеет обмотки или выполнен с постоянными магнитами. У вторых ротор изготовлен из магнитомягкого материала и не имеет дополнительных обмоток.

Принцип действия шагового двигателя станка

Рассмотрим принцип действия трехфазного реактивного шагового двигателя станка. На рис. 1, а показан полюс статора и часть ротора. При включении электромагнита ротор установится в положение, при котором сопротивление магнитопровода будет минимальным. Это положение зафиксировано на рисунке штриховыми линиями (выступы ротора и выступы сердечника электромагнита совпадают). Если какой-либо внешней силой отклонить ротор от положения равновесия, то при включенном электромагните это положение сейчас же восстанавливается.

Пусть теперь с одним и тем же ротором взаимодействуют три полюса, смещенные относительно друг друга на любое число шагов плюс дополнительно 1/3 шага. Сердечник полюса 1 на рис. 1, б слева совпадает с выступами ротора (позиция 1), полюс 2 смещен относительно выступов на 1/3 шага в одну сторону (позиция, II), а полюс 3 - на 1/3 шага в другую сторону (позиция III). Если подавать импульсы в обмотки шагового двигателя в последовательности 123123..., то ротор получает вращение в направлении по часовой стрелке. Если изменить последовательность импульсов 132132..., то ротор будет вращаться против часовой стрелки.

Величина шага на валу зависит от числа выступов ротора z и числа обмоток k:

α=360/zk

Для случая, показанного на рис. 1, б:

α=360/(12*3)=10°

Суммарный угол поворота ротора зависит от числа импульсов, поступающих на вход. Одно и то же перемещение может быть отработано быстро и медленно. Это зависит от частоты импульсов. Если импульсы часто следуют друг за другом, то скорость ротора высокая, и перемещение будет отработано быстро. Если импульсы следуют медленно, то скорость ротора низкая, Важным преимуществом привода от шагового двигателя является возможность программирования закона перемещения исполнительного органа. Для этого достаточно реализовать требуемый закон последовательности чередования импульсов.

Рис. 1. Шаговые двигатели станков: а, б - принцип действия; в, г - пути увеличения мощности

Шаговые двигатели выпускают с шагом (в градусах) на валу: 1; 1,5; 3; 4; 5; 6; 9; 15; 18; 22,5; 36. Пусть для трехфазного двигателя требуется α=3°. Для этого ротор двигателя должен иметь 120 зубьев. Если использовать схему рис. 1, б, то каждый полюс статора будет иметь небольшие размеры и, как следствие этого, крутящий момент на валу двигателя будет незначительным. Для увеличения мощности двигателя осуществляют следующие конструктивные мероприятия:

  • увеличивают число зубьев, с которыми взаимодействует каждый полюс (рис. 1, в);
  • увеличивают число параллельно действующих полюсов. Например, в трехфазном двигателе используют шесть полюсов, сначала импульсы одновременно поступают в два полюса, затем в другие два и т. д. Если требуется еще больше увеличить мощность двигателя, увеличивают число статоров - применяют двухстаторные и трехстаторные конструкции двигателей. На рис. 1, г показан трехстаторный двигатель, который имеет три однотипных отдельных статора и три ротора. Роторы посажены на одном валу, имеют одинаковое число зубьев, но зубья ротора смещены относительно друг друга на 18 полюсного деления.

Имеются три режима работы шаговых двигателей: статический, установившийся и переходный. Статический, или режим магнитной фиксации ротора, - режим при неподвижном роторе (частота на входе равна нулю). В тепловом отношении это самый тяжелый режим, так как сила тока достигает максимальной величины, а обмотки не переключаются, что создает неравномерный нагрев шагового двигателя. Установившийся режим возникает при постоянной частоте управляющих импульсов, скорость ротора постоянна. К переходным режимам относятся разгон, торможение и реверсирование двигателя. Разгон и торможение двигателя зависят от его приемистости — максимальной частоты импульсов, которую может воспринимать и отрабатывать двигатель. Реверсирование происходит от установившегося синхронного режима одного направления вращения ротора до установившегося режима другого направления при внезапном изменении порядка чередования обмоток. Здесь также существует предельный перепад частот, выше которого происходят сбои ротора, т. е. ошибки в отработке информации, задаваемой программой.