Опубликовано: 2 октября 2014 г. в 12:11, 2548
Миниатюризация приводной техники — одна из главных тенденций современности. Очередной шаг в этом направлении совершила компания Faulhaber, разработавшая инновационный серводвигатель BX4. Использование ротора на базе четырёхполюсного магнита, позволяет ему развивать гораздо больший крутящий момент по сравнению с двигателями традиционной двухполюсной конструкции тех же габаритных размеров.
К моторам, используемым в сфере мехатроники и робототехники, предъявляется ряд особых требований. Они должны иметь хорошие динамические характеристики, малые габаритные размеры, высокую надежность, длительный срок службы, и, главное, большую удельную мощность при относительно малой номинальной (до 100-150 Вт). Подобные качества отличают бесколлекторные микродвигатели постоянного тока, имеющие и хорошие скоростные показатели, и высокий момент, и срок службы, превышающий 20000 часов. Компании-лидеры в области прецизионной приводной техники – Faulhaber, Maxon Motor, Precistep – традиционно выпускали двухполюсные бесколлекторные двигатели постоянного тока, имеющие сходные как моментно-скоростные, так и габаритные характеристики. Статор таких двигателей представлял собой трёхфазную обмотку, а ротор был выполнен на базе биполярного постоянного магнита (рис.1). Коммутация обмоток производилась в соответствии с сигналами, поступающими с датчиков Холла.
Рис.1. Схема бесколлекторного двигателя традиционной конструкции
В зависимости от исполнения использовались как аналоговые, так и цифровые датчики.
Faulhaber применила в BX4 ротор, выполненный на базе четырёхполюсного магнита (рис.2). Причем различные серии BX4 отличаются типами исполнения ротора: часть построена на базе неодимовых магнитов, скреплённых с помощью пластика, часть — на базе постоянных магнитов. Двигатели разных серий отличаются наклоном механической характеристики, и, соответственно, либо более скоростной, либо более моментной характеристикой.
Рис. 2. Схема четырёхполюсного бесколлекторного двигателя
В конструкции BX4 применено ещё несколько инновационных решений: обмотки статора интегрированы с датчиками Холла, кроме того, часть обмотки выполнено заодно с фланцем подшипника качения вала. При этом в конструкции двигателя полностью отсутствуют клеевые соединения.
Изначально эти двигатели разрабатывались для использования в составе наиболее технологичной техники: мехатронных узлах в авиации, модульных компонентах, робототехнике и медицинских специальных устройствах.
Рис. 3. Семейство двигателей Faulhaber BX4
Сравнительный анализ бесколлекторных двигателей двухполюсной и четырёхполюсной конструкций показал, что при одинаковых габаритных размерах бесколлекторные двигатели, построенные по новой технологии, гораздо динамичнее.
В Таблице 1 приведены показатели двигателей инновационной серии BX4, традиционной двухполюсной продукции Faulhaber и некого абстрактного европейского производителя со сходными габаритными размерами и усреднёнными характеристиками.
Таблица 1. Сравнительный анализ двигателей
При улучшении динамических показателей ВХ4 удается сохранить и высокое значение крутящего момента без увеличения габаритов. В самом деле: двигатель серии 2232BX4S имеет меньшие габариты и лучшие сило-моментные показатели по сравнению с моделью 2036, двигатель серии 2232BX4 по всем параметрам превосходит модель 2444 и, тем более, усредненный бесколлекторный двигатель схожих габаритов.
Для наглядной оценки рассматриваемых двигателей рассмотрим график (рис. 4) зависимости крутящего момента двигателя от крутизны его механической характеристики. Выбор именно этих параметров не случаен. Крутизна характеризует динамичность работы двигателя, а максимальный момент выступает как мощностной показатель.
Рис. 4. График сравнения двигателей
Четырёхполюсная технология не требует усложнения процесса производства и серьёзной переоснастки оборудования, поэтому применение новой технологии не сказывается на конечной цене изделия.
Всё это делает использование двигателей, построенных по четырёхполюсной технологии крайне привлекательным в мехатронных узлах машин, прецизионных электромеханических устройствах, медицине и робототехнике.
Максим Сонных,инженер ООО «Микропривод» «Конструктор-машиностроитель, №3, 2009
www.elec.ru
Cтраница 3
Основные размеры и характеристика тяговых колесных пар ВНИИПТмаш приведены в табл. 6.2. Путем замены четырех-полюсного электродвигателя фланцевым двухполюсным электродвигателем со встроенным электромагнитным тормозом можно увеличить скорость движения тележки в 2 раза, а при применении электродвигателей с переменным числом полюсов можно получить две ступени рабочих скоростей. [31]
В установках погружных винтовых электронасосов применяются четырехполюсные электродвигатели с частотой вращения вала 1500 об / мкн ( синхронных), а в установках погружных центробежных электронасосов - двухполюсные электродвигатели с частотой вращения вала 3000 об / мин. [33]
Все эти компрессоры одноцилиндровые, имеют диаметр цилиндра 36 мм, код поршня 19 мм, объем, описываемый поршнем, 0 87 дм3 - с. Применены трехфазные двухполюсные электродвигатели АВК2 - 0 7; АЭК2 - 0.7 и АЭК2 - 1 ( соответственно), характеристики которых приведены в табл. V-14. [34]
ЭПУ имеет механизм автоматического управления звукоснимателем. Работает ЭПУ о т асинхронного однофазного двухполюсного электродвигателя С конденсаторным пуском Частота вращения ротора 2800 об / мин. Для сниже ния уровня фона электродвигатель заключен в пермаллоевый экран. [35]
Защищенные и закрытые обдуваемые электродвигатели при одинаковых значениях мощности и скорости вращения имеют совпадающие установочные размеры. Исключением из этого общего правила являются двухполюсные электродвигатели в закрытом обдуваемом исполнении, у которых мощности на одну ступень ниже, чем у электродвигателей защищенного исполнения. При этом у двухполюсных электродвигателей А и АО 6, 7, 8 и 9-го габаритов на мощности 14, 28, 55 и 100 кет установочные размеры совпадают. [36]
Если, например, в статоре двухполюсного электродвигателя имеется 12 пазов, то на один полюс приходится шесть пазов и в этих шести пазах должны разместиться стороны катушек всех трех фаз, создающих данный полюс. Поэтому при конструировании и составлении схем обмотки число пазов на полюс и фазу является характерной и решающей величиной. [37]
Расчет начинаем с электродвигателей постоянного тока, так как расчет их проще и понятнее, чем электродвигателей переменного тока. Здесь дано подробное объяснение всех расчетных величин, которые потом будут встречаться и в электродвигателях переменного тока. Расчет приведен для двухполюсных электродвигателей с последовательным возбуждением. [38]
Защищенные и закрытые обдуваемые электродвигатели при одинаковых значениях мощности и скорости вращения имеют совпадающие установочные размеры. Исключением из этого общего правила являются двухполюсные электродвигатели в закрытом обдуваемом исполнении, у которых мощности на одну ступень ниже, чем у электродвигателей защищенного исполнения. При этом у двухполюсных электродвигателей А и АО 6, 7, 8 и 9-го габаритов на мощности 14, 28, 55 и 100 кет установочные размеры совпадают. [39]
Расчет начинаем с электродвигателей постоянного тока, так как расчет их проще и понятнее, чем электродвигателей переменного тока. Здесь дано подробное объяснение всех расчетных величин, которые потом будут встречаться и в электродвигателях переменного тока. Расчет приведен для двухполюсных электродвигателей с последовательным возбуждением. [40]
Применяют также и винтовые электронасосы, которые внешне от обычных ЭЦН не отличаются. В этом случае нефть из скважин на поверхность подается не центробежным, а винтовым ( одновинтовым) насосом. В таких насосах применяют четырехполюсные синхронные электродвигатели с частотой вращения вала 1500 об / мин, а в обычных ЭЦН - двухполюсные электродвигатели с частотой вращения вала 3000 об / мин. [41]
Щетки должны прижиматься к поверхности коллектора. Для этого служат щеткодержатели. Над щеткой помещается спиральная пружинка из тонкой проволоки. Сверху на трубку навинчен колпачок 5, который удерживает щетку и пружинку от выпадания из трубки. Щеткодержатель запрессовывается в стенку корпуса электродвигателя. В двухполюсном электродвигателе должны быть два щеткодержателя со щетками. Они должны быть установлены так, чтобы щетки стояли между полюсами магнитной системы электродвигателя. Щеткодержатели должны быть изолированы друг от друга и от корпуса электродвигателя. Для отвода тока к щеткодержателю должен быть привинчен или припаян изолированный проводник. [42]
Страницы: 1 2 3
www.ngpedia.ru
Cтраница 3
Основные размеры и характеристика тяговых колесных пар ВНИИПТмаш приведены в табл. 6.2. Путем замены четырех-полюсного электродвигателя фланцевым двухполюсным электродвигателем со встроенным электромагнитным тормозом можно увеличить скорость движения тележки в 2 раза, а при применении электродвигателей с переменным числом полюсов можно получить две ступени рабочих скоростей.
В установках погружных винтовых электронасосов применяются четырехполюсные электродвигатели с частотой вращения вала 1500 об / мкн (синхронных), а в установках погружных центробежных электронасосов - двухполюсные электродвигатели с частотой вращения вала 3000 об / мин.
Все эти компрессоры одноцилиндровые, имеют диаметр цилиндра 36 мм, код поршня 19 мм, объем, описываемый поршнем, 0 87 дм3 - с. Применены трехфазные двухполюсные электродвигатели АВК2 - 0 7; АЭК2 - 0.7 и АЭК2 - 1 (соответственно), характеристики которых приведены в табл. V-14.
ЭПУ имеет механизм автоматического управления звукоснимателем. Работает ЭПУ о т асинхронного однофазного двухполюсного электродвигателя С конденсаторным пуском Частота вращения ротора 2800 об / мин. Для сниже ния уровня фона электродвигатель заключен в пермаллоевый экран.
Если, например, в статоре двухполюсного электродвигателя имеется 12 пазов, то на один полюс приходится шесть пазов и в этих шести пазах должны разместиться стороны катушек всех трех фаз, создающих данный полюс. Поэтому при конструировании и составлении схем обмотки число пазов на полюс и фазу является характерной и решающей величиной.
Защищенные и закрытые обдуваемые электродвигатели при одинаковых значениях мощности и скорости вращения имеют совпадающие установочные размеры. Исключением из этого общего правила являются двухполюсные электродвигатели в закрытом обдуваемом исполнении, у которых мощности на одну ступень ниже, чем у электродвигателей защищенного исполнения. При этом у двухполюсных электродвигателей А и АО 6, 7, 8 и 9-го габаритов на мощности 14, 28, 55 и 100 кет установочные размеры совпадают.
Расчет начинаем с электродвигателей постоянного тока, так как расчет их проще и понятнее, чем электродвигателей переменного тока. Здесь дано подробное объяснение всех расчетных величин, которые потом будут встречаться и в электродвигателях переменного тока. Расчет приведен для двухполюсных электродвигателей с последовательным возбуждением.
Применяют также и винтовые электронасосы, которые внешне от обычных ЭЦН не отличаются. В этом случае нефть из скважин на поверхность подается не центробежным, а винтовым (одновинтовым) насосом. В таких насосах применяют четырехполюсные синхронные электродвигатели с частотой вращения вала 1500 об / мин, а в обычных ЭЦН - двухполюсные электродвигатели с частотой вращения вала 3000 об / мин.
Щетки должны прижиматься к поверхности коллектора. Для этого служат щеткодержатели. Над щеткой помещается спиральная пружинка из тонкой проволоки. Сверху на трубку навинчен колпачок 5, который удерживает щетку и пружинку от выпадания из трубки. Щеткодержатель запрессовывается в стенку корпуса электродвигателя. В двухполюсном электродвигателе должны быть два щеткодержателя со щетками. Они должны быть установлены так, чтобы щетки стояли между полюсами магнитной системы электродвигателя. Щеткодержатели должны быть изолированы друг от друга и от корпуса электродвигателя. Для отвода тока к щеткодержателю должен быть привинчен или припаян изолированный проводник.
Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутыми роторами, которые надежнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода. Название «асинхронный» обусловлено тем, что в таком двигателе ротор вращается не синхронно с вращающимся полем статора. Там, где нет трехфазной сети, асинхронный двигатель может включаться в сеть однофазного тока.
Статор асинхронного электродвигателя состоит, как и в синхронной машине, из пакета, набранного из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в пазах которого уложена обмотка. Три фазы обмотки статора асинхронного трехфазного двигателя, пространственно смещенные на 120°, соединяются друг с другом звездой или трекгольником.
На рис.1. показана принципиальная схема двухполюсной машины - по четыре паза на каждую фазу. При питании обмоток статора от трехфазной сети получается вращающееся поле, так как токи в фазах обмотки, которые смещены в пространстве на 120° друг относительно друга сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120°.
Для синхронной частоты вращения n c поля электродвигателя с р парами полюсов справедливо при частоте тока f : n c =f/p
При частоте 50 Гц получаем для р = 1, 2, 3 (двух-, четырех- и шести полюсных машин) синхронные частоты вращения поля n c = 3000, 1500 и 1000 об/мин.
Ротор асинхронного электродвигателя также состоит из листов электротехнической стали и может быть выполнен в виде короткозамкнутого ротора (с беличьей клеткой) или ротора с контактными кольцами (фазный ротор).
В короткозамкнутом роторе обмотка состоит из металлических стержней (медь, бронза или алюминий), которые расположены а пазах и соединяются на концах закорачивающими кольцами (рис. 1). Соединение осуществляется методом пайки твердым припоем или сваркой. В случае применения алюминия или алюминиевых сплавов стержни ротора и закорачивающие кольца, включая лопасти вентилятора, расположенные на них, изготавливаются методом литья под давлением.
У ротора электродвигателя с контактными кольцами в пазах находится трехфазная обмотка, похожая на обмотку статора, включенную, например, звездой; начала фаз соединяются с тремя контактными кольцами, закрепленными на валу. При пуске двигателя и для регулировки частоты вращения можно подключить к фазам обмотки ротора реостаты (через контактные кольца и щетки). После успешного разбега контактные кольца замыкаются накоротко, так что обмотка ротора двигателя выполняет те же самые функции, что и в случае короткозамкнутого ротора.
Чтобы тот или иной электрический прибор работал, ему требуется специальный приводной механизм. Одним из таких механизмов является шаговый двигатель. В данном материале вы узнаете, что он собой представляет, какой принцип его работы и на какие категории подразделяется.
Шаговый двигатель может быть униполярным или биполярным. Он является электрическим и бесщеточным двигателем постоянно тока , способным делить полный оборот на несколько одинаковых шагов. В него входят такие детали:
Шаговый двигатель используется преимущественно для следующих целей:
Принцип работы данного привода выглядит следующим образом. При приложении напряжении к клеммам, щетки на самом шаговом двигателе начинают постоянно двигаться. Движок холостого хода имеет при этом уникальное свойство: он преобразовывает входящие импульсы , имеющие преимущественно прямоугольную направленность, в заранее обозначенное положение приложенного ведущего вала.
Каждый из входящих импульсом способен переместить вал под определенным углом. Приборы, которые оснащены подобным редуктором, имеют максимальную эффективность при условии наличия нескольких зубчатых электромагнитов, которые находятся вокруг центрального железного куска, имеющего зубчатую форму. Внешняя цепь управления возбуждает электромагнит. При необходимости повернуть вал двигателя, тот электромагнит, к которому приложена энергия, притягивает к себе зубья колеса. Когда они выравниваются по отношению к электромагниту, они смещены по отношению к последующей магнитной части двигателя.
Первый электромагнит выключается, а затем включается второй, после чего начинает вращаться шестеренка, выравниваясь при этом с предыдущим колесом. Затем такое действие повторяется необходимое количество раз. Каждое из таких вращений называют постоянным шагом, при этом скорость вращения шагового двигателя можно вычислить при подсчете количества шагов, нужных для полного его оборота.
Чтобы контролировать работу шагового двигателя применяется специальный драйвер. Это необходимо в тех случаях, если вы настраиваете привод для работы станка или применяете его для запуска в работу ветрогенератора.
Шаговые двигатели подразделяются на такие типы:
Все они несколько отличаются друг от друга, в том числе и по принципам своей работы.
Так, например, приводы с постоянными магнитами оснащены специальной магнитной деталью в роторе. Такие двигатели работают по принципу притяжения либо отталкивания статором и ротором мотора на основе электромагнита.
Переменный двигатель имеет обычный железный ротор и работа его построена по принципу фундаментальности. Когда допускается минимальный уровень отталкивания с самым малым зазором, при этом точки ротора имеют притяжение к полюсам статора.
А вот гибридный привод может сочетать в себе оба принципа работы, он считается наиболее дорогой моделью шаговых двигателей.
Двухфазный мотор очень прост, его можно установить человеку без специального опыта. Независимо от того, собрали ли вы его самостоятельно или приобрели в готовом виде, он имеет два типа обмотки для катушек:
Если шаговый двигатель имеет одну обмотку с центральным магнитным краном, влияющим на каждую фазу, то это униполярный привод. Каждую обмоточную секцию следует включить с целью обеспечения нужного направления магнитного поля. В данном приводе магнитный полюс способен функционировать без необходимости дополнительного переключения, поэтому направления тока и цепная коммутация делаются очень просто , при помощи одного транзистора на каждую обмотку. При этом учитываются переключения фазы:
Микроконтроллер двигателя привода можно применять с целью активизации транзистора в той или иной последовательности.
А обмотки можно также подключать при помощи прикосновения проводов соединения вместе с постоянными магнитами привода. При соединении катушечных клемм, повернуть вал будет затруднительно. Сопротивление между катушечным торцом и общим проводом равно половине сопротивления катушечных и проводных торцов. Это выглядит так, поскольку общий провод имеет большую длину, нежели половинная часть, используемая для соединения катушек.
Биполярные шаговые двигатели имеют одну фазовую обмотку, в которую ток поступает переломным способом с применением магнитного полюса. Управляющая система в данном случае будет сложной с использованием соединяющего моста. На фазу имеется в наличии два провода, но они не общие. При смешении сигнала шагового двигателя на высоких частотах, эффект трения системы может быть снижен.
Кроме того, еще одним типом шагового двигателя является трехфазный, но сфера его применения слишком узкая:
Стоит отметить, что активные шаговые приводы имеют большой недостаток: это крупный шаг, достигающий нескольких десятков градусов. В отличие от них, реактивные шаговые двигатели способны редуцировать роторную частоту , благодаря чему шаг становится угловым менее градуса.
Главной особенностью реактивного привода является то, что зубцы размещены на статорных полюсах. Синхронизирующий момент в нем обеспечивается разницей магнитных сопротивлений по поперечной и продольной оси привода.
Реактивный шаговый двигатель имеет один ключевой недостаток: в нем отсутствует синхронизирующий момент , если обмотки статора обесточены.
Повысить степень редукции двигателя, причем независимо какого, активного или реактивного, можно при использовании многопакетных конструкций, когда зубцы статора сдвигаются друг на друга на часть деления, а ротора каждого пакета не сдвигаются и оси их полюсов одинаковые. Подобная конструкция очень сложная в плане создания и стоит в готовом виде недешево, также к ней потребуется сложный коммутатор.
На сегодняшний день в продаже можно отыскать огромное количество всевозможных конструкций двигателей, которые отличаются по таким параметрам, как:
В индукторных шаговых двигателях момент вращения создается при взаимодействии магнитного поля, которое создается статорными обмотками и постоянного магнита, располагаемого в зубчатой части зазора.
Синхронизирующий момент в индукторном двигателе сам по себе реактивный, благодаря чему получается статорная обмотка, а постоянный магнит способен создавать момент фиксации, благодаря чему ротор удерживается в нужном положении при отсутствующем токе.
В отличие от реактивного шагового двигателя, индукторный, при аналогичном шаге, имеет больший синхронизирующий момент, а также более улучшенные технические характеристики.
С целью автоматизации некоторых производственных процессов на предприятии, иногда возникает необходимость перемещения объектов в плоскости. Чтобы это сделать, потребуется использовать специальный преобразователь вращательного движения в поступательное, что достигается путем применения кинематики.
При помощи линейных шаговых двигателей можно преобразовать импульсную команду прямо в линейное перемещение, что значительно упростит кинематическую схему всевозможных электрических приводов.
Статор в данном приводе представлен в виде магнитомягкой плиты, а провода подмагничиваются путем работы постоянного магнита.
Зубцовые деления в статоре и подвижной части одинаковые, при этом они могут быть сдвинуты на половину деления в пределах одного провода ротора. Поток подмагничивания и его магнитное сопротивление, в данном случае, не зависят от того, где находится подвижная часть двигателя.
Чтобы переместить объект в плоскости согласно двум координатам, применяют двигатели двухкоординатного типа.
Также в линейных двигателях используется магнитно-воздушная подвеска. Благодаря силе магнитного притяжения ротор притягивается к статору. Далее под ротор сквозь форсунки нагнетают воздух в сжатом виде, вследствие чего появляется сила, отталкивающая ротор от статора. Так между ними возникает воздушная подушка и ротор висит над статором с наличием минимально зазора. Это и обеспечивает минимум сопротивления движения ротора и высокоточное позиционирование.
Привод способен работать устойчиво при условии отсутствия потерь шагов во время отработки угла при подаче на обмотки управления импульсных серий. При отработке каждого шага ротор имеет уверенное равновесие по отношению к вектору магнитной индукции, относящейся к магнитному полю статора.
Режим отработки каждого шага должен соответствовать количеству импульсов управления, которые подаются на обмотки привода, а он при этом, до момента прихода следующего импульса, должен отработать заданный ему угол вращения. В начале каждого из шагов угловая двигательная скорость должна быть нулевой.
Допускаются колебания углового приводного вала по отношению к установившемуся значению. Они обуславливаются наличием кинетической энергии, которая накапливается двигательным валом во время отработки угла. При этом энергия способная преобразовываться в потери:
Чем больше их величина, тем быстрее кончается процесс перехода отработки одного шага приводом.
При запуске ротор может иметь отставание от статорного потока на шаг и даже больше, вследствие чего получается расхождение между количеством роторных шагов и статорным потоком.
Ключевые характеристики шагового двигателя – это:
Предельная характеристика представляет собой зависимость максимально возможного синхронизирующего момента от частот управляющих импульсов.
А приемистостью называется частота этих импульсов, которая исключает возможность потерь или добавлений шага во время обработки. Приемистость считается ключевым показателем режима перехода в двигателе. Она способна расти вместе с синхронизирующим моментом, снижением шага, инерционным моментом линейно перемещаемых или вращаемых частиц, а также статического момента сопротивления.
Подключить двигатель шагового типа можно по той или иной схеме, которая зависит от количества проводов и способов запуска.
Двигатели могут иметь от четырех до восьми проводов. Если их всего четыре, то применение двигателя возможно только с биполярным устройством. Каждая фазная обмотка, которых всего две, оснащена двумя проводами. Определять проводные пары следует с использованием метра, затем подключается драйвер пошаговым методом.
Мотор, оснащенный шестью проводами, включает в себя два провода для каждой обмотки и центральный кран, тоже для каждой из них. Его можно подключать и к однополярному, и к биполярному устройству. Для разделения привода следует применять специальный прибор для измерения. К однополярному устройству привод можно подключать с использованием всех шести проводов, а к однополярному будет достаточного одного конца и одного центрального крана от каждой обмотки.
Пятипроводной мотор практически не отличается от предыдущего, однако, его центральные клеммы изнутри соединены как один сплошной кабель и имеют один выход к одному из проводов. Не следует отделять обмотки друг от друга, иначе можно их разорвать. Вместо этого лучше определить центр провода и соединить его с другими проводниками, это будет максимально эффективное решение подключения. После этого можете подключать само устройство и проверять его на работоспособность.
Первичная обмотка при постоянном токе создает номинальное напряжение. А первоначальная скорость крутящего момента привода меняется вместе с током. От того, какова схема двигателя и от индуктивности его обмоток зависит время снижения линейного момента на более высоких скоростях. Некоторые марки двигателей, имеющие степень защиты IP65, способны работать в самых трудных условиях.
Если вы желаете выбрать готовую модель шагового двигателя отечественного производства, обратите внимание на основные технические характеристики наиболее известных моделей:
Также среди покупателей спросом пользуются такие модели, как:
При подборе нужного двигателя, необходимо произвести расчет параметров мощности, напряжения и крутящего момента.
Одной из проблем работы шагового двигателя является управление приборов при отсутствии контроллера. Чтобы с этим справиться, следует взять специальный блок логической связи , помогающий управлять двигателем при отсутствии соответствующей микросхемы. Однако, лучше всего контролировать работу шаговых двигателей при помощи специального контроллера.
Стоимость данного прибора зависит непосредственно от таких показателей, как:
Средняя стоимость однополярного шагового двигателя составляет:
Итак, мы рассказали, что такое шаговый двигатель, по какому принципу он работает, на какие категории подразделяется и какими свойствами отличается. Надеемся, что это облегчит ваш выбор при необходимости приобретения данного устройства.
tdsl.ru
Принцип действия
В основу работы любой электрической машины положен принцип электромагнитной индукции. Электрическая машина состоит из неподвижной части — статора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или индуктора (для машин постоянного тока) и подвижной части — ротора (для асинхронных и синхронных машин переменного тока) или якоря (для машин постоянного тока). В роли индуктора на маломощных двигателях постоянного тока очень часто используются постоянные магниты.
Ротор может быть:
§ короткозамкнутым;
§ фазным (с обмоткой) — используются там, где необходимо уменьшить пусковой ток и регулировать частоту вращения асинхронного электродвигателя. Сейчас эти двигатели редкость, так как на рынке появились преобразователи частоты, ранее же они очень часто использовались в крановых установках.
Якорь — это подвижная часть машин постоянного тока (двигателя или генератора) или же работающего по этому же принципу так называемого универсального двигателя (который используется в электроинструменте). По сути универсальный двигатель — это тот же двигатель постоянного тока (ДПТ) с последовательным возбуждением (обмотки якоря и индуктора включены последовательно). Отличие только в расчётах обмоток. На постоянном токе отсутствует реактивное (индуктивное или ёмкостное) сопротивление. Поэтому любая болгарка, если выкинуть электронный блок, будет вполне работоспособна и на постоянном токе, но при меньшем напряжении сети.
Принцип действия 3х фазного асинхронного электродвигателя
При включении в сеть в статоре возникает круговое вращающееся магнитное поле, которое пронизывает короткозамкнутую обмотку ротора и наводит в ней ток индукции. Отсюда, следуя закону Ампера (на проводник с током, помещенный в магнитное поле, действует эдс), ротор приходит во вращение. Частота вращения ротора зависит от частоты питающего напряжения и от числа пар магнитных полюсов. Разность между частотой вращения магнитного поля статора и частотой вращения ротора характеризуется скольжением. Двигатель называется асинхронным, так как частота вращения магнитного поля статора не совпадает с частотой вращения ротора. Синхронный двигатель имеет отличие в конструкции ротора. Ротор выполняется либо постоянным магнитом, либо электромагнитом, либо имеет в себе часть беличьей клетки (для запуска) и постоянные или электромагниты. В синхронном двигателе частота вращения магнитного поля статора и частота вращения ротора совпадают. Для запуска используют вспомогательные асинхронные электродвигатели, либо ротор с короткозамкнутой обмоткой.
Асинхронные двигатели нашли широкое применение во всех отраслях техники. Особенно это касается простых по конструкции и прочных трехфазных асинхронных двигателей с коротко-замкнутыми роторами, которые надежнее и дешевле всех электрических двигателей и практически не требуют никакого ухода. Название «асинхронный» обусловлено тем, что в таком двигателе ротор вращается не синхронно с вращающимся полем статора. Там, где нет трехфазной сети, асинхронный двигатель может включаться в сеть однофазного тока.
Статор асинхронного электродвигателя состоит, как и в синхронной машине, из пакета, набранного из лакированных листов электротехнической стали толщиной 0,5 мм, в пазах которого уложена обмотка. Три фазы обмотки статора асинхронного трехфазного двигателя, пространственно смещенные на 120°, соединяются друг с другом звездой или треугольником.
§ 
Рис.1. Трехфазный двухполюсный асинхронный двигатель
На рис.1. показана принципиальная схема двухполюсной машины — по четыре паза на каждую фазу. При питании обмоток статора от трехфазной сети получается вращающееся поле, так как токи в фазах обмотки, которые смещены в пространстве на 120° друг относительно друга сдвинуты по фазе друг относительно друга на 120°.
Для синхронной частоты вращения nc поля электродвигателя с р парами полюсов справедливо при частоте тока f: nc=f/p
При частоте 50 Гц получаем для р = 1, 2, 3 (двух-, четырех- и шести полюсных машин) синхронные частоты вращения поля nc = 3000, 1500 и 1000 об/мин.
Ротор асинхронного электродвигателя также состоит из листов электротехнической стали и может быть выполнен в виде короткозамкнутого ротора (с беличьей клеткой) или ротора с контактными кольцами (фазный ротор).
В короткозамкнутом роторе обмотка состоит из металлических стержней (медь, бронза или алюминий), которые расположены в пазах и соединяются на концах закорачивающими кольцами (рис. 1). Соединение осуществляется методом пайки твердым припоем или сваркой. В случае применения алюминия или алюминиевых сплавов стержни ротора и заколачивающие кольца, включая лопасти вентилятора, расположенные на них, изготавливаются методом литья под давлением.
У ротора электродвигателя с контактными кольцами в пазах находится трехфазная обмотка, похожая на обмотку статора, включенную, например, звездой; начала фаз соединяются с тремя контактными кольцами, закрепленными на валу. При пуске двигателя и для регулировки частоты вращения можно подключить к фазам обмотки ротора реостаты (через контактные кольца и щетки). После успешного разбега контактные кольца замыкаются накоротко, так что обмотка ротора двигателя выполняет те же самые функции, что и в случае короткозамкнутого ротора.
megalektsii.ru
Использование: при изготовлении статорных обмоток двухполюсных асинхронных электродвигателей. Сущность изобретения: статорную обмотку электродвигателя выполняют из двух трехфазных обмоток, соединенных соответственно в треугольник и звезду, при этом укорочение шага обеих обмоток задают в пределах от 0,388 до 0,416 в зависимости от числа полюсов статора, соотношение чисел витков обмоток треугольника и звезды принимают равным 
а начала одноименных фаз обеих обмоток смещают в пространстве относительно друг друга на 30 эл.град. 2 табл. 4 ил.
Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано в электротехнической промышленности при изготовлении статорных обмоток двухполюсных асинхронных электродвигателей.
Известны способы изготовления двухслойных обмоток, которые выполняются с укороченным шагом. Укорочение определяется коэффициентом
где y шаг обмотки, измеряемый числом пазовых делений; 
полюсное деление. При 2р 4 укорочение шага выбирается близким к 
и в зависимости от числа пазов z принимается равным в соответствии с табл. 1. При 2р 2 укорочение шага рекоменду ется брать 
0,666 и в зависимости от числа пазов z принимается равным в соответствии с табл. 2. Недостаток известного способа изготовления статорных обмоток двухполюсных машин с укорочением 
заключается главным образом в сложности укладки лобовых частей из-за их большой длины, что является причиной отсутствия оборудования для механизированной намотки статоров двухполюсных машин. Более существенное укорочение шага обмотки 
для двухполюсных машин не применяется, так как при этом резко возрастают высшие гармоники потока статора, вследствие чего в механической характеристике электродвигателя появляются большие провалы момента. Кроме того, известны способы изготовления двухскоростных полюсно-переключаемых обмоток с соотношением скоростей 1:2, в которых каждая фаза подразделяется на две равные части в зависимости от сопряжения этих частей (треугольных двойная звезда, звезда двойная звезда или звезда двойной треугольник), а следовательно, изменения направления тока в одной из частей обмотки позволяют обеспечить различное число полюсов в соотношении 1:2. Пример обмотки асинхронного электродвигателя с числом пазов z 24 и соотношением чисел полюсов 1: 2 приведен в кн. Обмоточные данные асинхронных двигателей. /Под ред. П.И. Цибульского. M. Энергия, 1971, с. 385, рис. 3 153. В прототипе решается задача получения двухскоростных обмоток, в том числе 2p 2/4, но не обеспечивается создание двухполюсной машины. Целью изобретения является упрощение двухполюсных асинхронных машин путем применения магнитопроводов (сердечников статоров) и штамповочного и намоточного автоматизированного технологического оборудования и наиболее массовых четырехполюсных асинхронных машин. Цель заключается в том, что статорную обмотку с числом пар полюсов 2р 2 выполняют из двух трехфазных обмоток А, В, С и А1, В1, С1, соединенных соответственно в треугольник и звезду, при этом коэффициент укорочения шага обеих обмоток принимают 
(а именно в зависимости от числа пазов статора в пределах 
0,388 до 
0,416), соотношение чисел витков обмоток треугольников W
и звезды W
принимают равными 
а начала одноименных фаз обмоток А и А1, В и В1, С и С1 смешают в пространстве относительно друг друга на 30 эл. град. На фиг. 1 и 4 представлены расположение катушечных групп в обеих частях обмотки и соединение обеих частей между собой; на фиг. 2 и 3 расположение катушек и катушечных групп в пазах статора с числом пазов z 48, соединенных соответственно в треугольник (фиг. 2) и звезду (фиг. 3). Предлагаемая обмотка трехфазного асинхронного электродвигателя реализуется следующим образом. Для намотки двухполюсной машины используются как сами пакеты, так и современные технологические системы и обмоточное оборудование от четырехполюсных машин. Обмотку статора выполняют из катушечных групп, соединенных в две части: первая соединена в треугольник, вторая в звезду, с укорочением шага 
. Для рассматриваемого примера (фиг. 2 и 3) при z 48 коэффициент укорочения 
0,416, т.е. фактически шаг в пазовых делениях равен величине шага четырехполюсной машины. Число витков в катушках, а следовательно, в фазах выбирает ся в соотношении 
1,73. Соотношение сечений и диаметров обмоточных проводов выбирают исходя из этого соотношения числа витков, тем самым обеспечивая требуемый коэффициент заполнения паза. Начала одноименных фаз в частях обмотки, соединенных в треугольник и звезду, смещаются относительно друг друга на 30 эл. град. П р и м е р. Статорную обмотку при z 48 выполняют путем намотки последовательно из двух частей, соединенных в треугольник и звезду, с укороченным шагом 
т.е. фактически соответствующим четырехполюсной машине, а именно y 1 11. Начала фазы А1О1 по отношению к фазе АХ и соответственно фаз В1О1к ВУ и С1О3 к CZ должны быть смещены на четыре пазовых деления, т.е. на 30 эл. град. Соединение обеих частей обмотки выполняется в соответствии с фиг. 1, а три выводных конца для подсоединения к сети подключают к трем точкам вершинам треугольника. Соединение обеих частей обмотки может быть выполнено и по последовательной схеме (фиг. 4). Предлагаемое техническое решение позволяет упростить процесс изготовления двухполюсных машин, использовать оборудование четырехполюсных машин как наиболее массовых для изготовления двухполюсных машин с достаточно высокими рабочими и пусковыми характеристиками асинхронной машины.Формула изобретения
СТАТОРНАЯ ОБМОТКА ДВУХПОЛЮСНОГО ТРЕХФАЗНОГО АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, выполненная из двух трехфазных обмоток, отличающаяся тем, что обмотки соединены одна в треугольник, а другая в звезду, при этом коэффициент укорочения шага принят от 0,388 до 0,416 для обеих обмоток в зависимости от числа пазов статора, соотношение чисел витков обмоток треугольника W и звезды 
равны 
а начала одноименных фаз обеих обмоток смещены в пространстве на 30 эл. град. относительно друг друга.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5www.findpatent.ru
