WYKŁAD 17 SILNIKI KROKOWE

WYKŁAD 17
SILNIKI KROKOWE
17.1. Zasada działania silnika o zmiennej reluktancji.
Wzbudzenie pola w przetworniku obrotowym o zmiennej reluktancji wokół jego osi
powoduje powstanie sił magnetycznych dążących do ustawienia wirnika w pozycji, w której
zmagazynowana energia pola magnetycznego będzie najmniejsza. Wirnik wykona pracę Wme
(kosztem energii pola)
(17.1)
Przykładowy przetwornik o polu wzbudzonym przez magnesy trwałe pokazano na rys.17.1.
F
d
Mel
F
a.
b,
Fig.17.1. Geometria elementarnego przetwornika momentu (a) oraz rozkład strumienia i
stycznych sił magnetycznych (b).
Silniki krokowe dzielimy na:
z wirnikiem reluktancyjnym;
z wirnikiem z magnesami trwałymi;
z wirnikiem hybrydowym.
1
17.2. Silnik krokowy jednosegmentowy o wirniku reluktancyjnym.
Najprostsza konstrukcja, kierunek momentu zależy jedynie od wyboru chwili włączenia
danej fazy (a nie od kierunku prądu!). Dla uzwojeń oznaczonych jak na rys.17.2 wirowanie
w prawo otrzymuje się dla sekwencji załączeń ACBACB... a w lewo dla ABCABC. często
spotykana konstrukcja to 2 uzwojenia fazowe na 4 biegunach i 6 zębów wirnika.
C
B
A
A
B
C
Rys.17.2. Krokowy silnik reluktancyjny trójfazowy o skoku 30 o - geometria (a) oraz rozkład
strumienia po załączeniu fazy A do wirowania w lewo (b).
A
B
N
C
Fig.17.3. Połączenia uzwojeń w trójfazowym silniku krokowym
2
17.3. Silnik krokowy trójsegmentowy o wirniku reluktancyjnym.
Trzy identyczne stojany są przesunięte kątowo o 1/3 podziałki żłobkowej wirnika
danym przypadku
R=45
R,
w
o
. Wirniki na wspólnym wale nie są przesunięte kątowo. Często
spotykana jest sytuacja odwrotna. Kierunek wirowania wymusza sekwencja załączenia
segmentów stojana – wszystkie uzwojenia w danym segmencie są włączone.
Fig.17.4. Zewnętrzny widok silnika krokowego trójsegmentowego o skoku wirnika 45o.
Jeżeli w danej chwili czasowej pracuje tylko jeden segment, to mówimy o tzw. pracy falowej.
Wirowanie w lewo dla sekwencji załączeń CBACBA, w prawo dla CABCAB. Położenie
równowagi występuje kiedy osie zębów stojana i wirnika w danym segmencie się pokryją.
Schemat rzadko używany, ze względu na niski moment.
Praca pełno-krokowa polega na jednoczesnym włączeniu dwu segmentów, na
przykład dla wirowania w lewo CB, BA, AC, CB, BA, AC. Uzyskuje się znacznie większy
moment niż przy pracy falowej. Położenie równowagi występuje pośrodku położeń
równowagi przy pracy falowej
Praca półkrokowa polega na sekwencyjnym przełączaniu pomiędzy jednoczesną pracą
dwóch i jednego segmentu - na przykład dla wirowania w lewo CB, B, BA, A, AC, C.
Uzyskuje się dwukrotnie mniejszy krok kosztem pewnej oscylacji momentu w czasie
Praca mikro-krokowa polega na umożliwieniu przez odpowiednie sterowanie zasilacza
więcej niż jednej ustalonej wartości prądu w danej fazie
3
1.2
1
0.8
C
0.6
A
0.4
B
0.2
0
0
1
2
3
4
5
6
Fig.17.5. Przebiegi prądów w segmentach silnika krokowego trójsegmentowego przy
sterowaniu mikrokrokowym – mikrokrok 7.5o.
B
C
A
A
B
C
Fig.17.5. Przekroje silnika krokowego trójsegmentowego o skoku wirnika 45o.
4
17.4. Silnik krokowy dwusegmentowy o wirniku hybrydowym.
Polaryzacja magnetyczna wirnika wymaga przemiennego pola w biegunach stojana.
Rys.17.6. Silnik krokowy dwusegmentowy hybrydowy o skoku wirnika 60o.
Rys.17.7. Przekroje segmentów silnika krokowego hybrydowego o skoku wirnika 60o.
5
Wyróżnia się dwa typu uzwojeń:
unipolarne – silnik posiada dwa uzwojenia na fazę, w danej chwili tylko jedno z nich
wiedzie prąd.
bipolarne – zasilacz (najczęściej przekształtnik typu H) pozwala na dwukierunkowy
przepływ prądu w uzwojeniach fazowych
a.
b.
Rys.17.8. Uzwojenie fazowe unipolarne (a), bipolarne (b)
6