Межгосударственный стандарт ГОСТ IEC/TS 60034-20-1-2013 "Машины электрические вращающиеся. Часть 20-1. Управляющие двигатели. Шаговые двигатели" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 8 апреля 2014 г. N 325-ст)

Rotating electrical machines. Part 20-1. Control motors-Stepping motors

Дата введения - 1 июня 2015 г.
Взамен ГОСТ 16264.5-85

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на вращающиеся шаговые электродвигатели.

Данный стандарт устанавливает требования к вращающимся управляющим двигателям и методам испытаний. Он также предъявляет требования к размерам, маркировке и информации, представляемой производителем в соответствующих спецификациях и каталогах.

Настоящий стандарт не распространяется на индукционные двигатели, шаговые двигатели гидравлического и храповичкового типа, линейные двигатели, двигатели с механическим коммутатором, синхронные двигатели.

2 Нормативные ссылки

В целях применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные документы. Для датированных ссылок применяют только указанное издание ссылочного документа, для недатированных ссылок применяют последнее издание ссылочного документа (включая все его изменения).

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

IEC 60034-1:1996 Rotating electrical machines - Part 1: Rating and performance (Машины электрические вращающиеся. Часть 1: Номинальные значения и эксплуатационные характеристики)

IEC 60034-7 Rotating electrical machines - Part 7: Classification of types of construction, mounting arrangements and terminal box position (IM code) (Машины электрические вращающиеся - Часть 7: Классификация типов конструкций и монтажных устройств и положения распределительной коробки (код IM))

IEC 60072-1:1991 Dimensions and output series for rotating electrical machines - Part 1: Frame numbers 56 to 400 and flange numbers 55 to 1080 (Машины электрические вращающиеся. Размеры и ряды выходных мощностей. Часть 1: Габаритные номера от 56 до 400 и номера фланцев от 55 до 1080)

IEC 60072-3:1994 Dimensions and output series for rotating electrical machines - Part 3: Small built-in motors - Flange numbers BF10 to BF50 (Машины электрические вращающиеся. Размеры и ряды выходных мощностей. Часть 3: Малогабаритные встроенные двигатели. Номера фланцев от BF 10 до BF 50)

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 осевое давление (усилие) (axial thrust): Сила, действующая на вал вдоль его оси вращения.

3.2 двухполюсный привод (bipolar drive): Система привода шагового двигателя, в которой возбуждение таково, что создающий момент вращения ток меняет направление в обмотках.

3.3 когтеобразный полюс [canstack construction (claw pole)]: Двигатель с постоянным магнитом, где два или более витка удерживаются в своем положении с помощью пары щитков с чередующимися когтями или зубцами.

3.4 когтевой момент (cogging torque): Вращающий момент в невозбужденном двигателе, возникающий от тенденции ротора и статора к взаимному выравниванию в положении минимального магнитного сопротивления.

3.5 коммутация (commutation): Процесс последовательного возбуждения обмоток двигателя, при котором относительная величина угла между магнитными полями статора и ротора поддерживается в заданных пределах.

Примечание - Коммутация осуществляется механическим или электронным способом.

3.6 непрерывный опрокидывающий момент, (continuous stall torque): Максимальный непрерывный опрокидывающий момент, который остановленный двигатель может развивать при данных условиях.

3.7 противоЭДС, (counter e.m.f.): Генерируемое напряжение, производимое относительным движением магнитного поля и обмотки.

Примечания:

1 Как правило, оно дается в виде максимального или среднеквадратичного значения.

2 Вид значения напряжения (максимальное или среднеквадратичное) должен быть указан.

3.8 коэффициент противоЭДС, [counter e.m.f. constant (back e.m.f. constant)]: ПротивоЭДС на единицу скорости при заданной температуре двигателя.

3.9 позиция остановки (detent position): Положение, в котором ротор двигателя с постоянными магнитами или гибридный шаговый двигатель останавливается при отсутствии питания и нагрузки.

3.10 фиксирующий момент (detent torque): Максимальный фиксирующий момент, который может быть приложен к валу двигателя с невозбужденным постоянным магнитом или гибридного шагового двигателя, чтобы не вызывать постоянного вращения.

3.11 направление вращения (direction of rotation): Направление вращения при взгляде на продолжение вала, находящееся в соответствии с посадочной поверхностью. Вращение вала против часовой стрелки считается положительным, а по часовой стрелке - отрицательным.

3.12 схема возбуждения (drive circuit): Комбинация трансляторной логической схемы и мощного усилителя, который включает фазы шагового двигателя в заданной последовательности.

3.13 момент трения, (friction torque): Сопротивление силы трения, возникающее при вращении ротора двигателя.

3.14 удерживающий момент, (holding torque): Максимальный равномерный момент, который может быть приложен к стрежню шагового двигателя, возбуждаемого заданным током без сообщения ему непрерывного вращения.

3.15 гибридный шаговый двигатель [hybrid (HY) stepping motor]: Шаговый двигатель с постоянными магнитами для поляризации полюсов ротора из низковязкого магнитного материала.

3.16 максимальная скорость обратного хода (maximum reversing rate): Максимальная частота следования импульсов, при которой шаговый двигатель без нагрузки способен войти в режим обратного хода и оставаться в синхронизме при заданных условиях работы привода.

3.17 максимально допустимая рабочая температура (maximum safe operating temperature): Максимальная температура, которую постоянно или интервалами способен в течение заданного срока службы выдерживать шаговый двигатель без ущерба для своих компонентов.

3.18 максимально допустимая скорость для сохранения синхронизма (maximum slew rate): Максимальная частота следования импульсов, при которой шаговый двигатель без нагрузки может оставаться в синхронизме при заданных условиях работы привода.

3.19 режим, или последовательность шагов (mode or step sequence): Определенная последовательность возбуждающих импульсов, генерируемых схемой возбуждения.

3.20 момент инерции ротора (относительно оси), [moment of inertia of rotor (about an axis)]: Сумма (интеграл) произведений элементов массы тела и квадратов их расстояний от заданной оси.

3.21 превышение или переходное превышение (overshoot or transient overshoot): Величина, на которую вал шагового двигателя поворачивается сверх окончательной заданной позиции шага.

3.22 максимальный ток, (peak current): Максимальный прерывистый ток, который при заданных условиях не вызывает повреждение двигателя или необратимой деградации его характеристик.

3.23 пиковый момент, (peak torque): Максимальный момент, развиваемый двигателем при определенных условиях, когда подается максимально допустимый ток.

3.24 шаговый двигатель с постоянными магнитами (PM) [permanent magnet (PM) stepping motor]: Шаговый двигатель с полюсами ротора из постоянного магнита.

3.25 позиционная погрешность (positional error): Отклонение в режиме холостого хода от теоретической финальной позиции после выполнения последовательности шагов, выраженное в процентах от базового угла шага.

3.26 опрокидывающий момент (pull-out torque): Максимальный момент, который может быть приложен к вращающемуся валу шагового двигателя, работающего при заданной частоте следования импульсов при заданных условиях работы привода без вынуждения двигателя пропускать шаги.

3.27 частота следования импульсов (pulse rate): Скорость совершения последовательных шагов.

3.28 радиальная нагрузка (radial road): Сила, действующая на вал двигателя перпендикулярно оси вращения, выраженная как эквивалентное значение силы в середине вала.

3.29 номинальный ток (rated current): Среднеквадратичный ток, протекающий при номинальном напряжении и скорости в пределах температурного режима.

3.30 разрешение (resolution): Величина, обратная количеству шагов на один оборот вала двигателя.

3.31 время установления (setting time): Полное время с момента первого достижения заданного значения до момента, когда амплитуда колебательного движения ротора не уменьшится до 1% шага или другого заданного значения (см. рисунок 1).

3.32 выходной сигнал (single step response): Выполнение одного шага по команде, как показано на рисунке 1.

Примечание - Выходной сигнал будет зависеть от контроллера.

3.33 заторможенный ротор [stalled motor (locked motor)]: Состояние, при котором ротор удерживается в стационарном положении, в то время как напряжение подано к клеммам двигателя.

3.34 шаг (step): Последовательное движение ротора от какой-либо позиции к следующей.

3.35 угловой шаг (step angle): Угол, на который вал шагового двигателя без нагрузки может повернуться, когда на две соседние фазы подано напряжение.

3.36 погрешность углового шага (step angle error): Максимальное процентное отклонение от теоретически рассчитанного углового шага.

3.37 шаговый двигатель (stepping motor): Двигатель, ротор которого вращается дискретными угловыми приращениями, когда обмотки статора возбуждены в заданном режиме.

3.38 шаги за один оборот (steps per revolution): Количество дискретных шагов на один оборот.

3.39 положение шагового двигателя (step position): Угловая величина, характеризующая положение вала возбужденного шагового двигателя, не вызывающая непрерывное вращение.

Примечание - Положение шагового двигателя необязательно совпадает с позицией остановки.

3.40 синхронизм (synchronism): Состояние, при котором каждый управляющий импульс заставляет ротор поворачиваться на один шаг.

3.41 термическое сопротивление, (thermal resistance): Сопротивление нагреванию.

3.42 тепловая постоянная времени, (thermal time constant): Время, необходимое обмотке двигателя для достижения удельной величины 0,632 от ее постоянного нагрева в стационарном состоянии с постоянной нагрузкой при заданных условиях.

3.43 пульсация момента (torque ripple): Изменение момента, за исключением когтевого момента, за один поворот вала при заданных условиях испытаний, выраженное как отношение половины амплитуды пикового момента к среднему моменту.

3.44 трансляторная логическая схема (translator logic): Логическая схема, которая преобразует серию входящих импульсов в режим избранного типа для шагового электродвигателя.

3.45 коэффициент вязкостного демпфирования (у источника питания с бесконечным сопротивлением), [viscous damping factor (at infinite source impedance)]: Мера потерь момента при вращении, которая приблизительно пропорциональна скорости:

.

4 Обозначения величин и их размерность

Таблица 1 - Список обозначений

Обозначение	Название	Единица в системе СИ
	Коэффициент вязкостного демпфирования
	ПротивоЭДС	В
f	Частота	Гц
I	Ток	А
	Максимальный ток	А
J	Момент инерции
	Момент инерции по отношению к вращающейся оси ротора
	Коэффициент противоЭДС
	Коэффициент момента
L	Индуктивность	Гн
m	Масса	кг
	Выходная мощность	Вт
P	Мощность	Вт
R	Сопротивление	Ом
	Входное/выходное сопротивление двигателя	Ом
	Термическое сопротивление
T	Момент
	Непрерывный опрокидывающий момент
	Момент трения
	Удерживающий момент
	Пиковый момент
V	Напряжение	В
	Пиковое напряжение	В
	Напряжение питания	В
	Температура в момент времени t	°С
	Температура внешней среды	°С
	Финальная температура теплового равновесия	°С
	Тепловая постоянная времени	с
	Угловая скорость

5 Размеры

5.1 Двигатели типа 1 (на основе метрической системы)

Двигатели, за исключением шаговых электродвигателей с когтеобразными полюсами, должны иметь размеры в соответствии с:

IEC 60072-3 - для фланцев с номерами до BF50 включительно;

IEC 60072-1 - для фланцев с номерами свыше BF50.

Шаговые электродвигатели с когтеобразными полюсами должны иметь размеры в соответствии с таблицей 2, см. рисунок 2.

Таблица 2 - Установочные размеры шаговых двигателей с когтеобразными полюсами

Размеры в миллиметрах

Размер (См. Примечание 1)	М	N	S	Отверстия	D	T
2,0	25,0	6	2,3	2	1,5	1,0
2,2	25,0	6	2,3	2	1,5	1,0
2,5	32,0	8	3,0	2	2,0	1,5
2,8	32,0	8	3,0	2	-	1,5
3,2	42,0	10	3,2	2	2,0	1,5
3,6	42,0	10	3,2	2	2,0	1,5
4,0	49,5	10	3,5	2	3,0	1,5
4,5	49,5	10	3,5	2	3,0	1,5
5,0	60,0	11	3,5	2	3,0	2,0
5,6	65,0	11	3,5	2	4,0	2,0
6,3; 7,1	52,0	14	4,5	4	4,0	2,0
Примечания: 1 Размер равен диаметру мотора, деленному на 10. 2 Хотя фланцы могут иметь некруглую форму, их размер не должен превышать диаметр Р. 3 Двигатели могут иметь крепежные приспособления в соответствии с классификацией IEC 60034-7 IM В5 или IM В14.

5.2 Двигатели типа 2 (на основе английской системы мер)

Установочные размеры двигателей типа 2 должны соответствовать таблице 3 для двигателей с установочными размерами по классификации IEC 60034-7 IM В5 и таблице 4 для двигателей с установочными размерами по классификации IEC 60034-7 IM В14. Осевые размеры должны соответствовать таблице 5. Наглядные схемы с размерами приведены на рисунке 3 и рисунке 4.

Примечание - Шаговые двигатели типа 2 имеют размеры в дюймах и применяются только для уже существующих схем. Новые схемы должны соответствовать требованиям к двигателям типа 1, описанным в 5.1.

Таблица 3 - Установочные размеры двигателей 2 типа при монтаже IM В14

Размеры в миллиметрах (дюймах)

Размер рамы	X		Т		АС		M (Примечание 1)		S		X (Примечание 2)
23	38,151 38,049	(1,502) (1,498)	1,956 1,194	(0,077) (0,047)	60,20 max	(2,370) max	47,269 47,015	(1,861) (1,851)	5,461 4,953	(0,215) (0,195)	4
34	73,076 72,974	(2,877) (2,873)	3,302	(0,130)	86,36 max	(3,400) max	69,723 69,469	(2,745) (2,735)	5,918 5,410	(0,233) (0,213)	4
42	55,575 55,474	(2,188) (2,184)	1,702 1,448	(0,067) (0,057)	109,22 max	(4,300) max	89,027 88,773	(3,505) (3,495)	6,858 min	(0,27) min	4
Примечания: 1 По классификации IEC 60034-7 крепеж IM В14 имеет квадратные фланцы с такими же боковыми размерами, как и при переменном токе. Центры отверстий, заданные значением М, должны быть симметричны. 2 X показывает число равноотстоящих отверстий на фланцах.

Таблица 4 - Установочные размеры двигателей 2 типа при монтаже IM В5

Размеры в миллиметрах (дюймах)

Размер рамы	X		Т		АС		М		S (Примечание 1)	X (Примечание 2)
05	9,525 9,512	(0,3750) (0,3745)	1,092 0,940	(0,043) (0,037)	12,700 12,624	(0,500) (0,497)				4
08	12,700 11,417	(0,5000) (0,4495)	1,143 0,889	(0,045) (0,035)	19,126 18,923	(0,753) (0,745)				4
11	25,400 25,387	(1,0000) (0,9995)	1,702 1,448	(0,067) (0,057)	27,051 26,848	(1,065) (1,057)	20,701 20,549	(0,815) (0,809)		4
15	33,325 33,312	(1,3120) (1,3115)	3,480 3,226	(0,137) (0,127)	36,576 36,373	(1,440) (1,432)	28,016 27,864	(1,103) (1,097)		4
18	39,675 39,662	(1,5620) (1,5615)	3,480 3,226	(0,137) (0,127)	44,526 44,323	(1,753) (1,745)				4
20	44,501 44,399	(1,7520) (1,7480)	6,731 5,969	(0,265) (0,235)	51,054 50,546	(2,010) (1,990)				4
23	50,800 50,775	(2,0000) (1,9990)	5,207 4,953	(0,205) (0,195)	57,150 57,023	(2,250) (2,245)				4
Примечания: 1 Если не приведены значения S, диаметр делительной окружности резьбового отверстия должен быть указан производителем. 2 X показывает число равноотстоящих резьбовых отверстий на фланцах, размер резьбовых отверстий должен быть указан производителем.

Таблица 5 - Осевые размеры двигателей типа 2

Размеры в миллиметрах (дюймах)

Размер рамы	E + R		D		Число зубцов	Шаг по диаметру
05	9,779 9,271	(0,385) (0,365)	3,1674 3,1547	(0,1247) (0,1242)	10	96
08	9,779 9,271	(0,385) (0,365)	3,1674 3,1547	(0,1247) (0,1242)	13	120
08	9,779 9,271	(0,385) (0,365)	3,1674 3,1547	(0,1247) (0,1242)	-	-
11	9,779 9,271	(0,385) (0,365)	3,1674 3,1547	(0,1247) (0,1242)	13	120
11	9,779 9,271	(0,385) (0,365)	3,1674 3,1547	(0,1247) (0,1242)	-	-
15	11,481 10,719	(0,452) (0,422)	4,4958 4,4704	(0,1770) (0,1760)	15	96
15	11,481 10,719	(0,452) (0,422)	4,4958 4,4704	(0,1770) (0,1760)	15	96
15	11,481 10,719	(0,452) (0,422)	4,7625 4,7371	(0,1875) (0,1865)	-	-
18	14,656 13,894	(0,577) (0,547)	4,4958 4,4704	(0,1770) (0,1760)	15	96
20	16,637 15,113	(0,655) (0,595)	6,3500 6,3373	(0,2500) (0,2495)	-	-
23	14,732 13,970	(0,580) (0,550)	6,3424 6,3170	(0,2497) (0,2487)	22	96
23	21,336 19,812	(0,840) (0,780)	6,3500 6,3170	(0,2500) (0,2490)	-	-
34	30,925 29,401	(1,2175) (1,1575)	9,5250 8,8265	(0,3750) (0,3475)	-	-
42	35,687 34,163	(1,405) (1,345)	12,7000 12,6873	(0,5000) (0,4995)	-	-
42	35,814 34,290	(1,410) (1,350)	14,6558 13,8938	(0,577) (0,547)	-	-
Примечание - Там, где отсутствуют данные в графе "Число зубцов" и "Шаг по диаметру", подразумевается обычный вал.

6 Методы испытаний и критерии допуска

6.1 Выступающий конец вала, концентричность диаметра втулки и перпендикулярность установочной поверхности к валу

Управляющие двигатели 1 типа должны соответствовать требованиям IEC 60072-1 (см. 8.1 и 8.2).

Управляющие двигатели 2 типа должны соответствовать следующим требованиям:

Выступающие концы установочных втулок и выступающий конец вала не должны превышать следующие размеры:

- размеры рамы 05, 08, 11, 15, 18 и 20: 0,0254 мм (0,001 дюйма) (максимальное показание индикатора);

- размеры рамы 23, 34 и 42: 0,0762 мм (0,003 дюйма) (максимальное показание индикатора).

Выступающие концы перпендикулярных к установочной поверхности фланцев выступающего конца вала не должны превышать следующие размеры:

- размер рамы 05: 0,0254 мм (0,001 дюйма) (максимальное показание индикатора);

- размеры рамы 08, 11, 15, 18 и 20: 0,508 мм (0,002 дюйма) (максимальное показание индикатора);

- размеры рамы 23, 34 и 42: 0,0762 мм (0,003 дюйма) (максимальное показание индикатора).

Максимальная длина выступающего конца вала на расстоянии 6,35 мм (0,25 дюйма) от опоры не должна превышать 0,02 мм (0,0008 дюйма).

6.2 Момент инерции ротора

Там, где момент инерции ротора не может быть рассчитан по стандартной формуле, следует использовать опытный метод. Примеры подходящих методов испытаний приведены в А.2 и А.3.

Момент инерции должен быть указан производителем согласно 8.5.

6.3 Испытание на электрическую прочность

Для двигателей, рассчитанных по английским мерам длины до размеров рамы 42 включительно (смотри таблицы 3 и 4), стандартные значения испытательного напряжения приведены в таблице 6.

Таблица 6 - Испытание двигателей 2 типа на электрическую прочность с размером рамы до 42 включительно*

Размер рамы	Испытательное среднеквадратичное напряжение
До 11	250
От 11 до 42	500

______________________________

* Как правило, рабочее напряжение выбирают до 28 В включительно

Для управляющих двигателей с номерами фланцев менее 55, перечисленных в IEC 60072-1, испытательное напряжение выбирают по договоренности.

Все прочие управляющие двигатели должны соответствовать требованиям IEC 60034-1 (см. 8.1).

6.4 Термическое сопротивление и тепловая постоянная времени

Примеры подходящих методов испытаний приведены в А.4.

Термическое сопротивление и тепловая постоянная времени не должны превышать значения, указанные производителем.

6.5 Коэффициент противоЭДС

Пример подходящего метода испытаний приведен в А.5.

Коэффициент противоЭДС должен соответствовать значению, указанному производителем.

6.6 Индуктивность двигателя

Примеры подходящих методов испытаний приведены в А.6.

Индуктивность двигателя должна находиться в пределах допустимых значений, указанных производителем.

6.7 Сопротивление на постоянном токе

Сопротивление на постоянном токе каждой обмотки должно быть измерено и при необходимости скорректировано к эквивалентному значению сопротивления при температуре 20°С согласно IEC 60034-1 (см. 7.6.2.2). Значение сопротивления на постоянном токе должно быть заявлено производителем согласно 8.3.

6.8 Погрешность угла шага

Примеры подходящих методов испытаний приведены в А.7.

Погрешность углового шага должна