Крокові двигуни є приводними виконавчими механізмами, що забезпечують фіксовані кутові переміщення (кроки). Кожна зміна кута повороту ротора - це реакція крокової двигуна на вхідний імпульс.
Дискретний електропривод з кроковим двигуном природним чином поєднується з цифровими керуючими пристроями, що дозволяє успішно використовувати його в верстатах з числовим програмним управлінням, в промислових роботах і маніпуляторах, в годинникових механізмах.
Дискретний електропривод може бути реалізований також за допомогою серійних асинхронних електродвигунів. які за рахунок спеціального управління можуть працювати в шаговом режимі.
Принцип дії крокових двигунів всіх типів полягає в наступному. За допомогою електронного комутатора виробляються імпульси напруги, які подаються на обмотки управління, розташовані на статорі крокової двигуна.
Залежно від послідовності збудження обмоток управління відбувається та чи інша дискретне зміна магнітного поля в робочому зазорі двигуна. При кутовому переміщенні осі магнітного поля обмоток управління крокової двигуна його ротор дискретно повертається слідом за магнітним полем. Закон повороту ротора визначається послідовністю, скважностью і частотою імпульсів, а також типом і конструктивними параметрами крокової двигуна.
Принцип дії крокової двигуна (отримання дискретного переміщення ротора) розглянемо на прикладі простої схеми двофазного крокового двигуна (рис. 1).
Мал. 1. Спрощена схема крокової двигуна з активним ротором
Кроковий двигун має на статорі дві пари явно виражених полюсів, на яких Знаходяться обмотки збудження (управління): обмотка 3 з висновками 1Н - 1К і обмотка 2 з висновками 2Н - 2К. Кожна обмотка складається з двох частин, які перебувають на протилежних полюсах статора 1 ШД.
Ротор в розглянутій схемі є двополюсний постійний магніт. Обмотки живляться імпульсами від пристрою управління, яке перетворює одноканальний послідовність вхідних імпульсів управління f упр, в багатоканальну (по числу фаз крокового двигуна).
Положення буде стійким, оскільки на ротор діє синхронізуючий момент, який прагне повернути ротор у положення рівноваги: М = М m ах х sin # 945 ;.
де М m ах - максимальний момент, # 945; - кут між осями магнітних полів статора і ротора.
При перемиканні блоком управління напруги з обмотки 3 на обмотку 2 утворюється магнітне поле з горизонтальними полюсами, тобто магнітне поле статора здійснює дискретний поворот на чверть окружності статора. При цьому між осями статора і ротора з'явиться кут неузгодженості # 945; = 90 ° і на ротор буде діяти максимальний крутний момент Мшах. Ротор повернеться на кут # 945; = 90 ° і займе нове стійке положення. Таким чином, слідом за кроковим переміщенням поля статора здійснює перемикається ротор двигуна.
Пуск крокової двигуна здійснюється стрибкоподібним або поступовим збільшенням частоти вхідного сигналу від нуля до робочої, гальмування - зниженням її до нуля, а реверс - зміною послідовності комутації обмоток крокового двигуна.
Крокові двигуни характеризуються такими параметрами: число фаз (обмоток управління) і схема їх з'єднання, тип крокової двигуна (з активним чи пасивним ротором), одиночний крок ротора (кут повороту ротора при одиничному імпульсі), номінальна напруга живлення, максимальний статичний хронізується момент, номінальний крутний момент, момент інерції ротора, частота прийомистості.
Крокові двигуни бувають однофазними, двофазним і багатофазними з активним чи пасивним ротором. Управління кроковим двигуном забезпечується електронним блоком управління. Приклад схеми керування кроковим двигуном наведено на малюнку 2.
Мал. 2. Функціональна схема разомкнутого електроприводу з кроковим двигуном
Сигнал управління f упр у вигляді імпульсів напруги надходить на вхід блоку 1, що перетворює послідовність імпульсів, наприклад в чотирьохфазна систему однополярним імпульсів (відповідно до числа фаз крокового двигуна).
Блок 2 формує ці імпульси по тривалості і амплітуді, необхідним для нормальної роботи комутатора 3, до виходів якого підключені обмотки крокової двигуна 4. Комутатор і інші блоки харчуються від джерела постійного струму 5.
При підвищених вимогах до якості дискретного приводу застосовують замкнуту схему крокової електроприводу (рис. 3), яка крім крокової двигуна включає перетворювач П, комутатор К і датчик кроку ДШ. В такому дискретно приводі інформація про дійсний стан вала робочого механізму РМ і швидкості крокового двигуна надходить на вхід автоматичного регулятора, який забезпечує заданий характер руху приводу.
Мал. 3. Функціональна схема замкнутого дискретного приводу
У сучасних системах дискретного приводу застосовуються мікропроцесорні засоби управління. Область застосування приводів з кроковими двигунами постійно розширюється. Їх використання перспективно в зварювальних автоматах, приладах часу, стрічкопротяжних і реєструючих механізмах, системах управління топливоподачей двигунів внутрішнього згоряння.
Переваги крокових двигунів:
висока точність, навіть в розімкнутої структурі управління, т. е. без датчика кута повороту;
природна інтеграція з додатками цифрового управління;
відсутність механічних комутаторів, які часто створюють проблеми в двигунах інших типів.
Недоліки крокових двигунів:
малий крутний момент але порівняно з двигунами приводів безперервного типу;
високий рівень вібрації через стрибкоподібного руху;
великі помилки і коливання при втраті імпульсів в системах з розімкненим контуром управління.
Переваги крокових двигунів набагато перевершують їх недоліки, тому вони часто застосовуються в тих випадках, коли досить невеликої потужності приводних пристроїв.
У статті використані матеріали книги Дайнеко В.А. Ковалинський А.І. Електрообладнання сільськогосподарських підприємств.