Стъпкови двигатели

Съвсем наскоро терминът стъпков мотор е бил известен само на тесен кръг от инженери-електрици. Сега стъпковите мотори са получили почетното право да бъдат наричани само от техните „инициали“ - SD доказателства за широкото използване на електрически машини от този тип.

Въображението неволно подтиква образа на стъпална електрическа машина с крайници. Не, това не е робот, въпреки че стъпковият мотор може да контролира една от неговите стави. Самата кола е много проста. Стъпковият мотор може да бъде представен под формата на няколко електромагнита с импулсни намотки върху неподвижна част (статор) и арматура, която при превключване на намотките се върти или се движи постепенно. За да разбера как работи стъпков мотор, помнете принципа на работа на други електрически машини, като синхронни.

На статора има две или три намотки. Те се преливат наоколо чрез плавно променящи се синусоидални токове. Заедно с тока, електромагнитното поле, пулсирано от всяка намотка, пулсира. Токовете в намотките не се покачват и падат едновременно, но със строго определено закъснение във времето; самите намотки са изместени една спрямо друга и заемат равномерно редуващи се секции на цилиндричната повърхност.

Поради това две или три пулсиращи полеви вълни (според броя на намотките) образуват една пътуваща вълна. За всеки цикъл на пълна промяна на тока в намотките получената вълна обхожда цялата цилиндрична повърхност на отвора на статора или част от него. Полето се върти равномерно, носейки ротора заедно с него. Токовете в намотките се променят непрекъснато, така че полето в работната междина и ротора се въртят непрекъснато. Движението се състои от много безкрайно малки измествания.

И ако в даден момент спрете промяната на токовете, замразете ги на постигнатото ниво, така или иначе, които, като в киното, показват една и съща рамка за известно време? Заедно с токовете в намотките вълната на пътуващото поле ще замръзне в някакво положение и с него роторът ще спре. Нека променим групата от рамки и да спрем последната отново, роторът ще завърти определен ъгъл и ще замръзне отново.

Повторете това отново и отново. Колата послушно вървеше по стъпки. Оказа се, че е много просто да сменяш токове в намотки с големи или малки скокове, замразявайки процеса върху всяка рамка. Достатъчно е да приложите стъпки от правоъгълни импулси към намотките, вместо непрекъснато да променяте напреженията. Всеки импулс е стъпка и може да се забави, ако желаете, до безкрайност, тоест да спрете процеса и да заключите ротора. Докато импулсите се редуват бавно, двигателят върви отчетливо.

Нашето око е в състояние да различи няколко десетки стъпки в секунда. Но кадрите пробляснаха: сто, двеста, хиляда, няколко десетки хиляди стъпки в секунда. Не само очите ни, но и чувствителните инструменти вече не различават стъпки, а просто виждаме въртене.

Стъпковият мотор работи както преди, макар и да се люлее малко, защото прави всяка следваща стъпка стриктно в момента на пристигането на следващата команда и този момент може да не е най-удобният. Вътрешният автоматизъм на движенията е унищожен и заменен от сляпо подчинение на екипа. Но във всеки момент, на всяка стъпка, можем да поръчаме: „Замразяване!“. Роторът ще се люлее и замръзва точно в посоченото положение.

Опитайте да го преместите насила, когато няма отбор. Той решително ще се съпротивлява и ако двигателят е с прилична конструкция, няма да го вземете с голи ръце. Електромагнитното поле не иска да се раздели с ротора, нито в движение, нито в покой. Именно той го държи в упоритата му прегръдка и го кара да повтаря всичките си стъпкови движения.

Между другото, "зашиването" на отделни стъпки и, ако желаете, на елементарни цикли или цикли на движение в безкрайна последователност, която ние възприемаме като непрекъснато въртене с леко забележими пулсации на скоростта, се случва в машина с постоянен ток по същия начин, както в двигателя с вътрешно горене. Само там ролята на неуморните оператори не са четките, а електрическите свещи.

Полевите стъпки, тъй като електронните ключове се отварят от команди отвън, тогава те забраняват достъпа на ток до намотките. Стъпковият мотор се захранва от електронен мозък и неговите възможности стават изключителни, понякога огромни.

Принципна схема на еднофазен стъпков двигател със симетрична магнитна система за часовници, броячи и устройства за индустриална автоматизация.

CNC стъпков мотор

Съвременната технология е немислима без фрезоване, струговане, EDM и много други цифрово контролирани машини. Повечето от тях работят благодарение на стъпкови двигатели.

Стъпкови двигатели, разположени в механизмите за управление на валцови мелници, преси и други металургични машини, се превърнаха в един от най-често срещаните елементи на автоматизация, работа в електрически часовници, таймери и броячи, на кораби, самолети и изкуствени спътници на Земята - навсякъде, където е необходимо бързо, точно и надеждно изпълнение на волята на човека.

С разширяването на работните професии на стъпковия мотор възниква независимо развито направление - дискретно електрическо задвижване със стъпкови двигатели, Нейният произход е на учени и инженери на проблемната лаборатория по електромеханика MPEI.

Стъпковият мотор спечели първата победа през 1957 г., когато на световната изложба в Брюксел беше изложена първата съветска фрезова машина с цифрово управление, където бяха представени различни интересни изложбени щандове. Този експонат беше отличен с Големия златен медал и отвори нова страница в машинните инструменти.

Борис Ивоботенко, доктор на техническите науки