Transportation Systems and TechnologyTransportation Systems and TechnologyСетевой электронный журнал "Транспортные системы и технологии"2413-9203Eco-Vector6123510.17816/transsyst20217185-98Original papersОригинальные статьиResearch ArticleStepper induction motors for electric driveШаговые асинхронные двигатели для элeктроприводаhttps://orcid.org/0000-0002-0638-14366785-9031SolominVladimir A.СоломинВладимир Александрович
Russian Federation

Doctor of Technological sciences, Professor

Доктор технических наук, профессор

ema@rgups.ruhttps://orcid.org/0000-0002-2549-46637805-9636SolominAndrej V.СоломинАндрей Владимирович
Russian Federation

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

кандидат технических наук, доцент

vag@rgups.ruhttps://orcid.org/0000-0001-6640-83064192-0487TrubitsinaNadejda A.ТрубицинаНадежда Анатольевна
Russian Federation

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor

кандидат технических наук, доцент

ema@rgups.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5374-94438703-1347ZamchinaLarisa L.ЗамшинаЛариса Леонидовна
Russian Federation

Candidate of Technological sciences, Associate Professor

Кандидат технических наук, доцент

ema@rgups.ruRostov State Transport UniversityРостовский государственный университет путей сообщения10032021310320217185981802202118022021Copyright ©; 2021, Solomin V.A., Solomin A.V., Trubitsina N.A., Zamchina L.L.Copyright ©; 2021, Соломин В.А., Соломин А.В., Трубицина Н.А., Замшина Л.Л.2021Solomin V.A., Solomin A.V., Trubitsina N.A., Zamchina L.L.Соломин В.А., Соломин А.В., Трубицина Н.А., Замшина Л.Л.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/transsyst/article/view/61235

Aim: The goal is to present a new asynchronous principle of operation of stepper motors, based on the use of counter-rotating (or traveling) magnetic fields.

Method: A change in the degree of symmetry of one of these magnetic fields leads to the fact that the armature (rotor or secondary element) makes a precise discrete movement.

Result: The force moving the armature of a stepper induction motor is created as a result of the interaction of eddy currents in the armature with a rotating or traveling magnetic field. Stepper induction motors can rotate the rotor at a certain angle and discretely move flat or cylindrical electrically conductive armatures, which can be smooth and non-magnetic. A separate group of motors for a discrete electric drive is made up of two-coordinate linear stepping asynchronous machines, which also operate using the same counter-running magnetic fields both in the longitudinal and transverse directions.

Conclusion: The features of the design of such electric machines are presented, the values of the magnetic induction in different zones of a two-coordinate stepper motor are determined, the relations for calculating the steps of the armature in both the longitudinal and transverse directions are given.

Цель: представление нового асинхронного принципа действия шаговых двигателей, основанного на использовании встречно вращающихся (или бегущих) магнитных полей.

Метод: изменение степени симметрии одного из этих магнитных полей приводит к тому, что якорь (ротор или вторичный элемент) совершает точное дискретное перемещение.

Результат: усилие, перемещающее якорь шагового асинхронного двигателя, создается в результате взаимодействия вихревых токов в якоре с вращающимся или бегущим магнитным полем. Шаговые асинхронные двигатели могут обеспечивать поворот ротора на некоторый угол и дискретное перемещение плоских или цилиндрических электропроводящих якорей, которые могут быть гладкими и немагнитными. Отдельную группу двигателей для дискретного электропривода составляют двухкоординатные линейные шаговые асинхронные машины, также работающие с использованием одинаковых встречно бегущих как в продольном, так и в поперечном направлениях магнитных полей.

Заключение: представлены особенности конструктивного выполнения таких электрических машин, определены значения магнитной индукции в различных зонах двухкоординатного шагового двигателя, приводятся соотношения для расчета шагов якоря, как в продольном, так и в поперечном направлениях.

stepper motorcounter-rotating (running) magnetic fieldsstepper induction motortwo-coordinate stepper motorшаговый двигатель встречно вращающиеся (бегущие) магнитные поляшаговый асинхронный двигательдвухкоординатный шаговый двигательЧиликин М.Г. Дискретный электропривод с шаговыми двигателями / под ред. М.Г. Чиликина. – М.: Энергия, 1971. – 624 с. [Chilikin MG. Discrete electric drive with stepper motors. Moscow: Energiya; 1971. 624 p. (In Russ.)].Осипов О.Ю., Осипов Ю.М., Щербинин С.В. Мультикоординатные электромехатронные системы движения: монография. – Томск: Томский гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2010. – 320 с. [Osipov OUu, Osipov UuO, Shcherbinin SV. Multi-coordinate electromechatronic motion systems: monograph. Tomsk: Tomsk state. University of Control Systems and Radioelectronics; 2010. 320 p. (In Russ.)].Кенио Т. Шаговые двигатели и их микропроцессорные системы управления. – М.: Энергоатомиздат, 1987. – 200 с. [Kenio T. Step motors and their microprocessor control systems. Moscow: Energoatomizdat; 1987. 200 p. (In Russ.)].Kenjo T, Sugawara A. Stepping Motors and Their Microprocessor Controls. Oxford University Press. 2 ediction, 1994, 279 p.Соломин В.А. Шаговые асинхронные двигатели // Электричество. – 2009. – № 2. – С. 36–40. [Solomin VA. Step induction motors. Electricity. 2009;2:36-40 (In Russ.)].Капля В.И., Пан А.Г., Дягилева Т.В. Алгоритм вычисления минимального времени одного такта работы шагового двигателя // Инженерный вестник Дона. – 2015. – № 2 [Kaplya VI, Pan AG, Diaghileva TV. Algorithm for calculating the minimum time of one cycle of the stepping motor. Engineering Bulletin of the Don. 2015;2. (In Russ.)].Моисеев А.А. Оптимальное управление при дискретных управляющих воздействиях // Автоматика и телемеханика. – 1991. – № 9. – С. 123–132. [Moiseev AA. Optimal control for discrete control actions. Automation and telemechanics. 1991;9:123-132. (In Russ.)].Athani VV. Stepper Motors: Fundamentals Applications and Design. New Age International. 1997. 201 p.Красовский А.Б. Способ определения закона управления разомкнутым шаговым электродвигателем // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. – 2015. – № 3. – С. 320–330. [Krasovsky AB. Method for determining the control law of an open stepping motor. Science and Education: scientific publication of MSTU im. N.E. Bauman. 2015;3: 320-330 (In Russ.)].Губанова А.А., Гузаревич А.С., Таридонов Н.Е. Система управления шаговым двигателем // Электроника и электротехника. – 2018. – № 2. – С. 41–47. [Gubanova AA, Guzarevich AS, Taridonov NE. Stepper motor control system. Electronics and Electrical Engineering. 2018;2:41-47. doi: 10.7256/2453-8884.2018.2.26014 (In Russ.)].Постников В.А., Семисалов В.В. Исследование динамических режимов шаговых и вентильных двигателей малой мощности на базе моделей обобщенной синхронной машины // Электричество. – 2002. – № 5. – С. 53–60. [Postnikov VA., Semisalov VV. Investigation of dynamic modes of small-power stepping and valve motors on the basis of generalized synchronous machine models. Electricity. 2002;5:53-60 (In Russ.)].Постников В.А., Семисалов В.В. Компьютерное моделирование динамических процессов в системах с электрическими шаговыми двигателями // Авиационное и космическое приборостроение. – 2003. – № 4. – С. 2–11. [Postnikov VA, Semisalov VV. Computer modeling of dynamic processes in systems with electric stepping motors. Aviation and Space Instrumentation. 2003;4:2-11. (In Russ.)].Постников В.А., Семисалов В.В. Сравнение динамических характеристик маломощного шагового электропривода при использовании различных моделей и компьютерном моделировании // Авиационное и космическое приборостроение. 2004. – № 1. – С. 9–16. [Postnikov VA. Semisalov VV. Comparison of the dynamic characteristics of a low-power step electric drive using various models and computer modeling. Aviation and Space Instrumentation. 2004;1:9-16. (In Russ.)].Постников В.А., Семисалов В.В. Исследование устойчивости шагового электропривода на базе системы «Трехфазный транзисторный инвертор напряжения – шаговый двигатель» // Авиационное и космическое приборостроение. – 2005. – № 5. – С 40–48. [Postnikov VA, Semisalov VV. Investigation of the stability of a stepping electric drive based on the system "Three-phase transistor voltage inverter - stepping motor". Aviation and Space Instrumentation. 2005;5:40-48. (In Russ.)].Партс И.Р. Теоретические и экспериментальные исследования индукционных машин с разомкнутым магнитопроводом: монография. – Таллин: Валгус, 1972. – 246 с. [Parts IR. Theoretical and experimental research of induction machines with an open magnetic circuit. Tallinn: Valgus; 1972. 246 p. (In Russ.)].