Нереверсивный шаговый двигатель с двумя обмотками

Как было показано в гл. 1, шаговый двигатель с двумя обмотками управления оказываются работоспособными при следующих вариантах конструктивного выполнения:

1) реактивный шаговый двигатель с магнитной несимметрией полюсов статора или ротора;

2) реактивный шаговый двигатель с симметричными полюсами статора и ротора при наличии обгонных фиксаторов;

3) реактивный шаговый двигатель с симметричной магнитной системой и возбужденным (активным) ротором.

Реактивный шаговый двигатель первого типа (с несимметричными полюсами статора или ротора) образуют класс нереверсивных шаговых двигателей. С них мы и начнем наше рассмотрение. Попутно остановимся на нескольких конструкциях шаговых двигателей с одной обмоткой управления и несимметричным выполнением магнитной системы при наличии возбуждения на роторе, поскольку характеристики шаговых двигателей ,и конструкция шагового двигателя аналогична реактивным шаговым двигателям с магнитной несимметрией.

Простейшими примерами двухфазных нереверсивных шаговых двигателей с реактивным ротором могут служить конструкции Е. В. Гаврилова [Л. 31] и И. И. Михайлова [Л. 42]. В первой из них, изображенной на рис. 18,а двухфазный шаговый двигатель состоит из цилиндрического корпуса, двух кольцевых поочередно возбуждаемых обмоток управления ОВd ц ОВq, зубчатых венцов статора и двух плоских роторов, укрепленных на общем валу со сдвигом на половину зубцового деления.

Рис. 18a. Нереверсивный двухфазный шаговый двигатель с клювообразными полюсами (одноимеинополюсный двигатель торцового типа с кольцевой обмоткой)

Числа зубцов статорных венцов и роторов одинаковы, причем и те и другие имеют клювообразную форму. При возбуждении одной из обмоток управления зубцы одного ротора ориентируются вдоль осей зубцов возбужденного статора, тогда как зубцы другого ротора располагаются между зубцами невозбужденного статора. Благодаря клювообразным выступам положение неустойчивого равновесия не совпадает с поперечным положением ротора, поэтому при переключении обмоток управления, т. е. при возбуждении второго статора, синхронизирующий статический момент не будет равен пулю. Если синхронизирующий момент в пусковом положении превышает момент сопротивления нагрузки, ротор смещается к положению устойчивого равновесия, при котором зубцы второго статора и ротора соосны. Нереверсивный шаговый двигатель отрабатывает шаг, равный половине зубцового деления. Общее выражение для определения цены шага в соответствии с формулой (2) имеет вид:

так как в нашем случае число фаз m = 2.

В этой и во всех других конструкциях клювообразные выступы следует выполнять возможно более тонкими с тем, чтобы они быстро насыщались и практически не сдвигали точку устойчивого равновесия с геометрических осей полюсов статора.

На рис. 18б изображен двухфазный шаговый двигатель конструкции Михайлова, также предполагающий поочередное включение одной из двух обмоток управления, размещенных на диаметральных полюсах статора. Каждому переключателю обмоток управления соответствует поворот ротора на 90°. Ввиду большой величины шага двигатель может найти лишь ограниченное применение.

Рис. 18б. Разноименнополюсный реактивный шаговый двигатель

Отметим характерное отличие обеих конструкций шагового двигателя. В первой - обмотки управления имеют аксиальный сдвиг, и магнитные цепи их не связаны. Во второй — обмотки управления сдвинуты вдоль расточки, радиально. При радиальном сдвиге обмоток управления между ними может быть магнитная связь, зависящая от положения ротора. Кроме того, может иметь место связь обмоток управления короткозамкиутыми контурами на статоре и роторе, что облегчает создание вращающегося поля в воздушном зазоре машины, позволяя получать более равномерный синхронизирующий статический момент на валу и повысить к. п. д. Практическое использование этого принципа будет показано в дальнейшем на ряде конструкций шаговых двигателей, разработанных в ЭНИМС и МЭИ.

Уменьшение цены шага может быть достигнуто за счет выбора неравного числа полюсов на статоре н роторе. Рассмотрим примеры таких конструкций. На рис. 18,в представлен поперечный разрез нереверсивного шагового двигателя, предназначенного для работы в качестве электрического счетчика оборотов [Л. 43]. Нереверсивный шаговый двигатель состоит из цилиндрического постоянного магнита, намагниченного вдоль образующей, внутри которого расположены полюсные выступы. В расточке вращается 2-образный двухполюсный ротор, подмагничиваемый от статора с некоторой полярностью, например 5, тогда как все полюсные выступы статора, подмагничиваются с обратном полярностью.

Рис. 18в. Нереверсивный двухфазный шаговый двигатель с клювообразными полюсами (шаговый двигатель с активным ротором)