Работа шагового двигателя: Шаговые двигатели. Принцип работы и управление

Содержание

Шаговые двигатели. Принцип работы и управление

При большом числе зубцов ротора Zр его угол поворота значительно меньше угла поворота поля статора.

Величина углового шага редукторного реактивного шагового двигателя определяется выражением:

αш = 360 / Kt * Zр

В выражении для KT величину n2 следует брать равной 1, так как изменение направления поля не влияет на положение ротора.

Электромагнитный синхронизирующий момент реактивного двигателя обусловлен, как и в случае обычного синхронного двигателя, разной величиной магнитных сопротивлений по продольной и поперечной осям двигателя.

Основным недостатком шагового реактивного двигателя является отсутствие синхронизирующего момента при обесточенных обмотках статора.

Повышения степени редукции шаговых двигателей как активного, так и реактивного типа, можно достичь применением двух-, трех- и многопакетных конструкций. Зубцы статора каждого пакета сдвинуты относительно друг друга на часть зубцового деления. Если число пакетов — два, то этот сдвиг равен 1/2 зубцового деления, если три, то — 1/3, и т.д. В то же время, роторы-звездочки каждого из пакетов не имеют пространственного сдвига, то есть оси их полюсов полностью совпадают. Такая конструкция сложнее в изготовлении и дороже однопакетной. Кроме того, она требует сложного коммутатора.

Стремление совместить преимущества активного шагового двигателя (большой удельный синхронизирующий момент на единицу объема, наличие фиксирующего момента) и реактивного шагового двигателя (малая величина шага) привело к созданию гибридных индукторных шаговых двигателей.

В настоящее время имеется большое число различных конструкций индукторных двигателей, различающихся числом фаз, размещением обмоток, способом фиксации ротора при обесточенном статоре и т.д. Во всех конструкциях индукторных шаговых двигателей вращающий момент создается за счет взаимодействия магнитного поля, создаваемого обмотками статора и постоянного магнита в зубчатой структуре воздушного зазора. При этом синхронизирующий момент шагового индукторного двигателя по природе является реактивным и создается намагничивающей силой обмоток статора, а постоянный магнит, расположенный либо на статоре, либо на роторе, создает фиксирующий момент, удерживающий ротор двигателя в заданном положении при отсутствии тока в обмотках статора.

По сравнению с шаговым двигателем реактивного типа у индукторного шагового двигателя при одинаковой величине шага — больший синхронизирующий момент, лучшие энергетические и динамические характеристики.

Принцип работы шагового двигателя – ООО «СЗЭМО Электродвигатель»

Шаговые двигатели широко используются в бытовых приборах, транспортных средствах, фрезерных и шлифовальных станках и других производственных механизмах. Устройство представляет собой движок постоянного тока, один оборот которого разделен на несколько одинаковых шагов (это обеспечивается благодаря контроллеру). Главное его отличие от моторов других типов – отсутствие щеточного механизма. Шаговый двигатель оснащен блоком управления (приборной панелью), передатчиками и сигнализаторами.

Как работает шаговый электродвигатель

Зная принцип работы шагового двигателя, вы сможете самостоятельно установить его или произвести ремонт. Он функционирует следующим образом:

После подачи напряжения на клеммы начинается непрерывное вращение специальных щеток. Входные импульсы устанавливают ведущий вал в положение, которое заранее определено.
Под воздействием импульсов вал перемещается под фиксированным углом.
Внешняя цепь управления, чаще всего представленная микроконтроллером, возбуждает электромагниты зубчатого типа. Один из них (тот, к которому приложена энергия) притягивает к себе зубья шестерни, вследствие чего вал движка делает поворот.
Будучи выровнены по отношению к ведущему электромагниту, остальные магниты смещаются по направлению к следующей магнитной детали.
Вращение шестеренки обеспечивается отключением первого электромагнита и включением следующего.

Шестеренка выравнивается по отношению к предыдущему колесу, после чего весь процесс повторяется столько раз, сколько необходимо.

Данные вращения являются постоянным шагом. Для определения скорости мотора нужно подсчитать количество шагов, требуемых для его полного оборота. Точность работы обеспечивается благодаря микропроцессорным системам управления шаговых двигателей.

Виды шаговых двигателей

Существует несколько разных моделей шаговых двигателей. Если конструкция устройства предусматривает наличие постоянного магнита, принцип работы основан на притяжении или отталкивании статором и ротором электромагнитного мотора. В переменно-шаговом движке ротор изготавливается из железа. Минимально допустимое отталкивание в нем происходит при наименьшем зазоре, что обеспечивает притяжение точек ротора к полюсам магнитного статора. В механизмах гибридного типа оба вышеприведенных принципа сочетаются и дополняют друг друга. Из-за сложности конструкции и изготовления такие приборы стоят дороже, чем остальные модели.

Чаще всего в быту и на производстве применяются двухфазные шаговые двигатели. В зависимости от типа обмотки электромагнитных катушек они подразделяются на:

униполярные;
биполярные.

Механизмы первого типа оснащены одной обмоткой. Каждая фаза определяется центральным магнитным краном. При включении определенной секции обмотки обеспечивается нужное направление магнитного поля. Такая конструкция предусматривает работу магнитного полюса без дополнительного переключения, что обеспечивает предельно простую коммутацию цепи, равно как и направления тока. Для работы движка (с учетом фазного переключения) обычно достаточно трех проводов на фазу и шести для выходного сигнала. Микроконтроллер используется для активирования транзистора в нужной последовательности (она определяется программой).

Для подключения обмоток соединительные провода должны прикасаться к постоянным магнитам двигателя. При соединении клемм катушки вал проворачивается с трудом. Поскольку общий провод длиннее, чем провод, соединяющий катушки, сопротивление между торцами проводов и торцами катушек в два раза больше сопротивления между торцом катушки и общим проводом.

В механизмах второго типа есть только одна фазовая обмотка. Управляющая схема такого движка обычно сложнее, так как ток в обмотку поступает при помощи магнитного полюса переломным образом. Два провода на фазу не являются общими.

Трехфазный шаговый двигатель устанавливается на фрезерных станках с ЧПУ, запускаемых с компьютера, и транспортных средствах, в которых используется дроссельная заслонка.

Подключение шагового двигателя

Выбор схемы подключения шагового двигателя зависит от:

количества проводов в приводе;
способа запуска механизма.

Существующие модели движков имеют 4, 5, 6 или 8 проводов. Прибор с четырьмя проводами можно подключать только к биполярным устройствам. Он оснащен двумя фазными обмотками, каждая из которых имеет два провода. Для пошагового подключения драйвера необходимо определить пары проводов с непрерывной связью с помощью метра.

В механизме с шестью проводами каждая обмотка имеет два провода и центральный кран. Движки этой модели характеризуются высокой мощностью и подключаются как к биполярным, так и к однополярным исполнительным устройствам. В первом случае используется один центр-кран каждой обмотки и один конец провода. Во втором случае используются все шесть проводов. Разделение провода осуществляется с помощью измерительного прибора.

Отличие пятипроводного мотора от шестипроводной модели заключается в том, что соединение центральных клемм представляет собой сплошной кабель, который выходит к центральному проводу. Поскольку отделение одной обмотки от другой без разрывов не представляется возможным, необходимо определить центр провода, после чего соединять его с другими проводниками. Это будет самым безопасным и максимально эффективным решением. Затем движок подключается к сети и проводится проверка его работоспособности.

Для успешной эксплуатации механизма нужно иметь в виду следующие нюансы:

Номинальное напряжение производится первичной обмоткой при постоянном токе.
Изменение начальной скорости крутящего момента прямо пропорционально изменению тока.
Скорость понижения линейного момента на последующих высоких скоростях зависит от индуктивности обмоток и схемы привода.

Благодаря высокой степени защиты шаговые двигатели успешно работают в тяжелых условиях.

Шаговый Двигатель – Принцип Работы для Чайников

Каким образом роботизированный манипулятор на предприятии повторяет одни и те же движения снова и снова? Как автоматический фрезерный станок может двигаться с такой точностью? Это возможно благодаря шаговому двигателю. Особенность шагового двигателя заключается в том, что он может контролировать угловое положение ротора без замкнутого контура обратной связи, это простая и точная разомкнутая система.

Как работает шаговый двигатель с переменным магнитным сопротивлением

Для начала давайте разберемся, как работает шаговый двигатель с переменным магнитным сопротивлением, который является самым простым. Позднее мы рассмотрим устройство высокоточного и широко используемого типа двигателя. У этого двигателя 6 зубьев на статоре, которые могут быть запитаны от трех отдельных источников постоянного тока.

Ротор состоит из ряда стальных пластин. У него отличное от статора количество зубьев в данном случае их 4 это сделано намеренно, для того чтобы только одна пара зубьев ротора могла одновременно находиться напротив зубьев статора.

Вы и сами можете объяснить, как работает этот шаговый двигатель. Если обесточить обмотку A и запитать обмотку B станет ясно, что ротор будет двигаться, как показано на модели.

Из уроков геометрии понятно, что один шаг соответствует 30 градусам. Чтобы перейти к следующему шагу обесточим обмотку B и запитаем обмотку C.

После этого вновь запитаем обмотку A. То есть ротор занимает позицию с наименьшим сопротивлением.

Размер шага двигателя составляет 30 градусов, точность может быть доведена до 15 градусов при помощи одного простого приема, когда запитана обмотка A, ротор находится в таком положении мы знаем, что если запитать обмотку B он повернется на 30 градусов. Но что произойдет если обмотки A и B будут запитаны одновременно? Ротор займет положение между двумя этими обмотками, то есть повернется на 15 градусов.

После этого обесточим А. Когда ротор установится напротив обмотки B, запитаем обмотку С, такой тип работы называется режимом дробления шага.

Как работает гибридный шаговый двигатель

Двигатель который мы рассматривали, называется двигателем с переменным магнитным сопротивлением. Наиболее универсальными и широко распространенными являются гибридные шаговые двигатели. Рассмотрим работу стандартного гибридного двигателя с величиной шага в 1.8 градуса.

Гибридный двигатель имеет намагниченный по оси ротор со стальными зубчатыми наконечниками. Таким образом, одна сторона ротора является северным магнитным полюсом, а другая южным.

Точность данного двигателя заключается в продуманном расположении зубьев ротора и статора. Разберемся, как это работает. Ротор имеет 50 зубьев, чтобы понять, как расположены зубья статора для начала, предположим, что у статора тоже 50 зубьев. Однако на самом деле их на 2 меньше, чем у ротора. Таким образом у статор остается 48 зубьев.

Давайте разделим их на 4 группы попарно, как показано на модели (подробнее смотри на видео).

Теперь давайте выровняем эти группы, зеленая группа сдвигается так что она оказывается наполовину выровнены с зубьями ротора. Зубья желтой группы полностью смещены относительно зубьев ротора. Синяя группа наполовину выровнена относительно зубьев ротора. Красная группа остается на своем месте, то есть красная группа зубьев полностью выровнена с ротором, а желтая группа смещена. Две другие группы смещены лишь наполовину.

Следует помнить, что сторона ротора направленная к нам является южным магнитным полюсом. Обмотки статора соединяются следующим образом, они представляют собой две независимые группы обмоток. При подаче питания на обмотку A, статор образует следующую картину намагниченности. Одна пара полюсов статора действует как северный полюс, а другая как южный. Так как противоположные полюса притягиваются, они будут совмещены, полюса с одинаковой полярностью будут смещены.

Смотрите, что произойдет с ротором при подаче питания на обмотку B, он совершит вращение на небольшой угол чтобы вы равняться с новым северным полюсом. Очевидно, что этот угол составляет одну четвертую часть углового шага. Другими словами, ротор поворачивается на 1,8 градуса, затем задействуется обмотка A с противоположной полярностью и вновь ротор поворачивается на одну целую восемь десятых градуса.

Данный процесс повторяется и двигатель совершает высокоточные движения. Разрешение угла шага может быть улучшено при помощи дробления шага. Интересно отметить, что северные зубчатые наконечники находятся между южными зубчатыми наконечниками, таким образом гарантируется выравнивание полюсов с противоположными полярностями.

Вот так работает гибридный шаговый двигатель, такие двигатели идеально подходят для применения в областях, где необходимы четкие движения и простое управление.

Шаговый двигатель – принцип работы, применение, виды, характеристики, особенности, конструкции

Главная / Реестр / Что такое шаговый двигатель, конструкция, где применяется?

Шаговый двигатель представляет собой устройство, преобразующее электрическую энергию в механическую. По конструкции это бесколлекторный синхронный мотор с ротором, совершающим дискретные перемещения с фиксацией положения после каждого смещения. Величина шага строго определена, что позволяет вычислять абсолютную позицию ротора, подсчитав количество шагов.

Принципы действия биполярных и униполярных шаговых двигателей

Биполярный

Основные элементы шагового двигателя – ротор и статор. Первый представляет собой постоянный двухполюсный магнит. Он располагается на валу устройства. Статор – это замкнутый магнитопровод в виде кольца, он состоит из двух обмоток, половинки которых находятся на противоположных полюсах. На обмотке АВ – вертикально размещенные, на СD – горизонтально расположенные.

При подаче напряжения на АВ появляется магнитное поле статора. Сверху полюс N, внизу S. Так как разноименные полюса притягиваются, ротор двигателя займет положение, при котором ось его магнитного поля совпадет с осью работающих АВ. Такое расположение ротора двигателя является очень устойчивым, если попытаться его сдвинуть, возникнет сила, которая будет его возвращать назад.
Напряжение с обмотки АВ снимается и подается на обмотку CD, в результате чего возникает магнитное поле, в котором полюса расположены горизонтально – справа N, а слева S. Соответственно, постоянный магнит ротора расположится по горизонтальной оси, проделав минимальный путь – повернувшись на четверть оборота. Это будет шагом двигателя.

Каждая последующая коммутация (со сменой полярности при подключении обмотки) заставит ротор поворачиваться на одну четвертую окружности. На полный оборот потребуется четыре шага. Частота вращения пропорциональна частоте переключения фазных обмоток. Если подключать фазы, меняя полярность в противоположной последовательности, ротор шагового двигателя будет вращаться в обратную сторону.

Униполярный

Выше был описан принцип работы биполярного шагового двигателя – у него для каждой фазы предусмотрено две обмотки. Чтобы менять магнитное поле, необходимо каждую обмотку:

отключить от источника электротока,
подключить в прямой полярности,
подключить в обратной полярности.

Осуществить коммутацию позволяет мостовой драйвер, который представляет собой сложную микросхему. Такой вариант подходит, если ток коммутации не превышает 2 А. Решить вопрос с управлением биполярным двигателем значительно сложнее при потребности в больших коммутационных токах. Значительно проще менять магнитное поле в статоре шагового двигателя, если использовать устройство с униполярными обмотками. В этом случае один вывод у всех четырех обмоток подсоединен к плюсовому выводу, а А, В, С и D последовательно подсоединяются к минусовому сигналу. В результате при каждой коммутации создается магнитное поле, заставляющее ротор двигателя повернуться. Коммутация по такому принципу обеспечивается четырьмя ключами, которые замыкают обмотки на землю. Управление ключами обычно осуществляется с выводов микроконтроллера.

При выборе шагового двигателя следует учитывать, что биполярный, при тех же габаритах, что и униполярный, обеспечивает больший крутящий момент. Выигрыш достигает 40 %. Это связано с тем, что в шаговом униполярном двигателе задействуется одна обмотка, а в биполярном две. Преимуществом устройства с одной обмоткой является простое управление.

Виды шаговых двигателей

Существует несколько разновидностей. К наиболее востребованным относятся модели с переменным магнитным сопротивлением, с постоянным магнитом и гибридные.

Устройства с переменным магнитным сопротивлением

Такие шаговые двигатели не имеют постоянных магнитов в роторе. Для изготовления ротора зубчатой формы используется магнитомягкий материал. Его вращение обеспечивается за счет замыкания магнитного поля статора через зубцы, располагающиеся вблизи полюсов. Зубцы к полюсам притягиваются и ротор поворачивается. Шаговые двигатели с переменным магнитным сопротивлением имеют небольшой крутящий момент в сравнении с моделями других типов при тех же габаритах. Это ограничивает сферу их применения.

Устройства с постоянными магнитами

На примере такого устройства выше разъяснялся принцип работы шаговых двигателей. В реальности роторы таких двигателей имеют несколько постоянных магнитов. От их количества зависит число шагов, за которое ротор выполняет полный оборот. Максимальное значение – 48, угол шага при этом составляет 7,5 градусов.

Гибридные устройства

В конструкции шаговых гибридных двигателей присутствует и зубчатый ротор, и постоянные магниты. Функционирует устройство по тому же принципу, что и двигатель с постоянными магнитами, но гибридный вариант отличается большим числом полюсов. За счет такого количества полюсов у гибридных шаговых двигателей больший момент, выше скорость и меньше величина шага. Максимальное число на один оборот может доходить до 400, при этом угол шага составляет 0,9 градусов. Гибридные устройства сложнее в изготовлении и дороже шаговых устройств других типов, но благодаря высокой функциональности пользуются спросом.

Особенности управления

Для управления двигателем с дискретным движением ротора используются следующие режимы: полношаговый, полушаговый и микрошаговый.

Полношаговый режим

При таком способе двигателем производится попеременная коммутация фаз. При этом к источнику напряжения фазы подключаются попеременно без перекрытия. Точки равновесия ротора при таком управлении совпадают с полюсами статора. К недостаткам полношагового режима относят то, что в каждый момент времени у биполярного двигателя используется половина обмоток, а у униполярного лишь четверть. Если подключить две фазы на полный шаг, то ротор будет зафиксирован между полюсами статора благодаря подаче питания на все обмотки. При этом увеличивается крутящий момент шагового двигателя, а положение ротора в состоянии равновесия смещается на полшага. Угол шага при этом остается неизменным.

Полушаговый режим

Если каждый второй шаг включать одну фазу, а между этим включать сразу две, можно увеличить количество перемещений на один оборот в два раза. Такая коммутация, соответственно, в два раза уменьшает угол шага. При этом достичь полного момента в полушаговом режиме невозможно. Режим активно используется, так как позволяет простым способом вдвое увеличить число шагов двигателя. Важно учитывать, что при снятии напряжения со всех фаз в полношаговом и полушаговом режиме ротор остается в свободном состоянии и может произойти его смещение при механических воздействиях. Для фиксации ротора требуется в обмотках двигателя формировать ток удержания. Обычно его значение намного меньше номинального. Благодаря способности шагового двигателя фиксировать положение ротора при остановке отсутствует необходимость использовать тормозную систему, фиксаторы и иные приспособления.

Микрошаговый режим

Чтобы максимально увеличить число шагов двигателя, используется микрошаговый режим. Для этого требуется включить две фазы и распределить ток обмоток неравномерно. При смещении магнитного поля статора относительно полюсов смещается и сам ротор. У диспропорции токов между рабочими фазами двигателя обычно наблюдается дискретность, которая определяет величину микрошага. Количество микрошагов на один оборот ротора шагового двигателя может составлять более 1 000. Устройство, работающее в таком режиме, можно максимально точно позиционировать. Однако данный способ управления является достаточно сложным.

Основные достоинства

К достоинствам шаговых двигателей относят:

точное позиционирование, которое не требует обратной связи. Угол поворота определяется числом электрических импульсов;
полный крутящий момент, который двигатель обеспечивает при снижении скорости вращении и до полной остановки;
фиксацию положения шагового двигателя при помощи тока удержания;
высокую точность регулировки скорости вращения без необходимости использования обратной связи;
быстрый старт и остановку двигателя, реверс;
высокую надежность. Устройства долговечны благодаря отсутствию коллекторных щеток.

Основные недостатки

К недостаткам шаговых двигателей можно отнести:

относительно невысокие скорости вращения;
сложную систему управления;
риск эффекта резонанса;
риск потери позиционирования ротора шагового двигателя под воздействием механических перегрузок;
низкую удельную мощность.

Характеристики

Двигатель шагового типа является сложным механическим и электротехническим устройством. Список основных характеристик, которые следует учитывать при выборе устройства, включает:

сопротивление обмотки фазы. Показатель сопротивления обмотки при работе на постоянном токе;
число полных шагов за один оборот ротора. Это основной параметр шагового двигателя, который определяет точность позиционирования, плавность движения, разрешающую способность;
угол полного шага. Это величина угла, на который поворачивается ротор за одно перемещение. Для расчета можно разделить 360° на количество шагов;
номинальный ток. Наибольшее значение тока, при котором двигатель может работать неограниченно долгое время;
номинальное напряжение. Максимально допустимое постоянное напряжение на обмотке при статическом режиме шагового двигателя;
сопротивление изоляции. Величина сопротивления между корпусом и обмотками;
момент инерции ротора. Чем меньше инерционность ротора, тем он быстрее разгоняется;
крутящий момент. Для шагового двигателя это ключевой механический параметр. Указывается максимальное значение для конкретной модели двигателя;
пробивное напряжение. Показатель минимального напряжения, при котором возникает пробой изоляции между корпусом и обмотками;
индуктивность фазы. Данный параметр принимают во внимание, если от двигателя требуется высокая скорость вращения. От него зависит скорость увеличения тока в обмотке. Если фазы следует переключать с высокой частотой, необходимо увеличивать напряжение для быстрого нарастания тока;
удерживающий момент. Это показатель крутящего момента при остановленном шаговом двигателе и при двух фазах, запитанных номинальным током.

Сфера применения

Шаговые двигатели рассчитаны на использование в составе устройств с дискретным управлением, где необходимо точно позиционировать исполнительные механизмы. Также они применяются в промышленном оборудовании с программным управлением, где требуется обеспечить непрерывное движение по заданной траектории и импульсное влияние исполнительными механизмами. Ротор шагового двигателя способен поворачиваться на заданный угол и на определенное количество оборотов вокруг своей оси. Благодаря этому шаговые устройства позволяют позиционировать считывающие головки проигрывателей оптических дисков, дисковых накопителей, печатающих головок сканеров, принтеров и иных устройств. Такие двигатели широко используются не только на производстве и в составе бытовой техники. Эти устройства востребованы радиотехниками, робототехниками, мастерами-любителями, изготавливающими самодельные станки с ЧПУ, движущиеся устройства и т. д. Для управления применяются специально разработанные контроллеры либо сложные электронные схемы. Управлять импульсными сигналами, заставляющими двигатель работать в заданном режиме, также можно через порт компьютера.

Твитнуть

Плюсануть

Класснуть

Шаговый двигатель принцип работы

Что такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель представляет собой электрическую машину, предназначенную для преобразования электрической энергии сети в механическую энергию. Конструктивно состоит из обмоток статора и магнитомягкого или магнитотвердого ротора. Отличительной особенностью шагового двигателя является дискретное вращение, при котором заданному числу импульсов соответствует определенное число совершаемых шагов. Наибольшее применение такие устройства получили в станках с ЧПУ, робототехнике, устройствах хранения и считывания информации.

В отличии от других типов машин шаговый двигатель совершает вращение не непрерывно, а шагами, от чего и происходит название устройства. Каждый такой шаг составляет лишь часть от его полного оборота. Количество необходимых шагов для полного вращения вала будет отличаться, в зависимости от схемы соединения, марки двигателя и способа управления.

Преимущества и недостатки шагового электродвигателя

К преимуществам эксплуатации шагового двигателя можно отнести:

В шаговых электродвигателях угол поворота соответствует числу поданных электрических сигналов, при этом, после остановки вращения сохраняется полный момент и фиксация;
Точное позиционирование – обеспечивает 3 – 5% от установленного шага, которая не накапливается от шага к шагу;
Обеспечивает высокую скорость старта, реверса, остановки;
Отличается высокой надежностью за счет отсутствия трущихся компонентов для токосъема, в отличии от коллекторных двигателей;
Для позиционирования шаговому двигателю не требуется обратной связи;
Может выдавать низкие обороты для непосредственно подведенной нагрузки без каких-либо редукторов;
Сравнительно меньшая стоимость относительно тех же сервоприводов;
Обеспечивается широкий диапазон управления скоростью оборотов вала за счет изменения частоты электрических импульсов.

К недостаткам применения шагового двигателя относятся:

Может возникать резонансный эффект и проскальзывание шагового агрегата;
Существует вероятность утраты контроля из-за отсутствия обратной связи;
Количество расходуемой электроэнергии не зависит от наличия или отсутствия нагрузки;
Сложности управления из-за особенности схемы

Описание и принцип работы

Как и двигатель постоянного тока, описанный в предыдущей статье, шаговые двигатели также являются электромеханическими исполнительными механизмами, которые преобразуют импульсный цифровой входной сигнал в дискретный (инкрементальный) механический ход, широко используются в промышленных системах управления. Шаговый двигатель представляет собой тип синхронного бесщеточного двигателя, в котором он не имеет ротора с коммутатором и угольных щеток, но имеет ротор, состоящий из многих (некоторые типы имеют сотни) постоянных магнитных зубьев и статор с отдельными обмотками.

Как следует из названия, шаговый двигатель не вращается непрерывно, как обычный двигатель постоянного тока, а движется дискретными «шагами» или «приращениями», причем угол каждого вращательного движения или шага зависит от числа полюсов статора и ротора. зубья имеет шаговый мотор.

Из-за их дискретной шаговой операции шаговые двигатели могут легко вращаться за конечную долю оборота за раз, например, 1,8, 3,6, 7,5 градусов и т.д. Так, например, давайте предположим, что шаговый двигатель совершает один полный оборот 360° ровно за 100 шагов.

Тогда угол шага для двигателя задается как 360°/ 100 шагов = 3,6°за шаг. Это значение обычно известно как Шаг угла.

Существует три основных типа шагового двигателя: переменное сопротивление, постоянный магнит и гибрид (своего рода комбинация обоих). Шаговый двигатель особенно хорошо подходит для устройств, требующих точного позиционирования и повторяемость с быстрой реакцией на запуск, остановка, реверс и регулировка скорости и другой ключевой особенностью шагового двигателя является его способность удерживать заряд ровно после достижения требуемого положения.

Как правило, шаговые двигатели имеют внутренний ротор с большим количеством «зубьев» постоянного магнита с рядом электромагнитных «зубьев», установленных на статоре. Электромагниты статоров поляризованы и деполяризованы последовательно, заставляя ротор вращаться по одному «шагу» за раз.

Современные многополюсные, многозубые шаговые двигатели имеют погрешность менее 0,9°на шаг (400 импульсов на оборот) и в основном используются для высокоточных систем позиционирования, подобных тем, которые используются для магнитных головок в дисководе гибких дисков / жестких дисках, принтеры / плоттеры или роботизированные устройства. Наиболее часто используемым шаговым двигателем является шаговый двигатель с шагом 200 на оборот. Он имеет 50 зубчатый ротор, 4-фазный статор и угол шага 1,8 градуса (360°/ (50 × 4)).

Конструкция и управление шаговым двигателем

В нашем простом примере шагового двигателя с переменным сопротивлением выше, двигатель состоит из центрального ротора окружен четырьмя электромагнитными катушками, помеченных A, B, C и D. Все катушки с одной и той же буквой соединены вместе, так что при подаче питания, скажем, катушек, помеченных буквой A, магнитный ротор выравнивается с этим набором катушек.

Подавая мощность на каждый набор катушек, в свою очередь, можно заставить ротор вращаться или «переходить» из одного положения в другое на угол, определяемый конструкцией угла его шага, и при последовательном возбуждении катушек ротор будет производить вращение (движение).

Драйвер шагового двигателя управляет как углом шага, так и скоростью двигателя, запитывая полевые катушки в установленной последовательности, например, « ADCB, ADCB, ADCB, A… » и т.д., ротор будет вращаться в одном направлении (вперед) и посредством при изменении последовательности импульсов на « ABCD, ABCD, ABCD, A… » и т. д. ротор будет вращаться в противоположном направлении (назад).

Таким образом, в нашем простом примере, приведенном выше, шаговый двигатель имеет четыре катушки, что делает его 4-фазным двигателем с числом полюсов на статоре восемь (2 x 4), которые расположены с интервалом 45°. Число зубьев на роторе составляет шесть, которые расположены на расстоянии 60°друг от друга.

Тогда есть 24 (6 зубьев х 4 катушек) возможных положений или «ступеней», чтобы ротор совершил один полный оборот. Следовательно, вышеуказанный угол шага равен: 360 o / 24 = 15 o .

Очевидно, что чем больше зубьев ротора и / или катушек статора, тем лучше контроль и меньший угол шага. Кроме того, при подключении электрических катушек двигателя в различных конфигурациях возможны полные, половинные и микрошаговые углы. Однако для достижения микроперехода шаговый двигатель должен приводиться в действие (квази) синусоидальным током, который дорог в реализации.

Также возможно контролировать скорость вращения шагового двигателя, изменяя временную задержку между цифровыми импульсами, подаваемыми на катушки (частоту), чем больше задержка, тем медленнее скорость для одного полного оборота. Подавая на двигатель фиксированное количество импульсов, вал двигателя вращается на заданный угол.

Преимущество использования импульса с задержкой по времени заключается в том, что не требуется никакой дополнительной обратной связи, поскольку путем подсчета количества импульсов, подаваемых на двигатель, конечное положение ротора будет точно известно. Эта реакция на заданное количество цифровых входных импульсов позволяет шаговому двигателю работать в «системе с разомкнутым контуром», что делает его более простым и дешевым в управлении.

Например, предположим, что наш шаговый двигатель имеет угол наклона 3,6°на шаг. Чтобы повернуть двигатель на угол, скажем, 216°, а затем снова остановиться в требуемом положении, потребуется всего: 216°/ (3,6°/ шаг) = 80 импульсов, приложенных к катушкам статора.

Имеется много интегральных схем контроллера шагового двигателя, которые могут контролировать скорость шага, скорость вращения и направление двигателя. Одним из таких контроллеров является SAA1027, который имеет все необходимые встроенные счетчики и преобразователи кода и может автоматически подключать 4 полностью контролируемых мостовых выхода к двигателю в правильной последовательности.

Направление вращения также может быть выбрано вместе с одношаговым режимом или непрерывным (бесступенчатым) вращением в выбранном направлении, но это накладывает некоторую нагрузку на контроллер. При использовании 8-битного цифрового контроллера возможны также 256 микрошагов за шаг.

Устройство шагового электродвигателя

Шаговый двигатель, работающий от постоянного тока, умеет делить один полный оборот на большое количество шагов. Устройство состоит из следующих деталей:

Контроллер специального назначения для шагового привода.
Клеммы.
Обмотки.
Блок управления или приборная модель.
Магнитная часть.
Сигнализаторы.
Передатчики.

Принцип работы шагового электродвигателя

Принцип работы электродвигателя состоит в следующем. На клеммы прибора подается напряжение, после чего щетки двигателя приводятся в постоянное движение. Двигатель на холостом ходу начинает преобразование входящих импульсов прямоугольного направления в положение приложенного вала, имеющего определенную направленность, и перемещает его под некоторым углом.

Смотрите также: Правила рациональных покупок: как не тратить лишних денег в супермаркете

Максимальная эффективность такого электродвигателя достигается наличием нескольких зубчатых магнитов, сосредоточенных вокруг железного колеса зубчатой формы. Когда к определенному электромагниту прилагается энергия, он начинает притягивать зубья колеса. После их выравнивания по отношению к этому электромагниту, они становятся смещены относительно следующей магнитной части электродвигателя.

Первый магнит отключается, включается второй электромагнит, происходит вращение шестеренки, которая выравнивается с предыдущим колесом. Это циклическое действие происходит необходимое количество раз. Одно выполненное вращение называют шагом электродвигателя.

Преимущества и недостатки

К основным преимуществам шаговых электродвигателей относят их точность. То есть, при попадании напряжения на обмотку, прибор поворачивается на строго определенную величину угла. Еще одним несомненным достоинством можно назвать стоимость агрегата. Ведь если сравнивать их цену с, например, сервоприводами, то они стоят в 2 раза дешевле.

Основной недостаток шагового электропривода — возможное проскальзывание ротора. Причин может быть несколько:

Слишком высокая нагрузка на валу.
Неправильные настройки программы управления.
Скорость вращения приближается к резонансным показателям.

Решение этих проблем возможно, если использовать датчики поворота. Но автоматически эта проблема решается не всегда. В некоторых случаях задача выполнима только после остановки производственной программы. Проблема проскальзывания электродвигателя решается также путем увеличения его мощности.

Область применения шагового электродвигателя

Область применения шагового электродвигателя достаточно обширна. Например, гибридные шаговые электродвигатели активно используют при создании станков с числовым программным управлением, которые работают по дереву, выполняют плазменную резку металлов или фрезерные операции. Шаговые приборы отлично подходят для управления чертежной головкой в копировальных станках с цифровым программным управлением.

Передача факсов на расстояние при помощи телефонной связи также не обходится без использования таких приборов. В космических летательных аппаратах для изучения космоса шаговые двигатели использовались, например, в ЛА Mariner как устройство для наведения телевизионных камер и спектрометров на нужные цели.

Конструкция шаговых двигателей устроена таким образом, что на статоре устройства расположено определенное количество обмоток управления, на которые последовательно подаётся напряжение. Такой подход в работе шаговых электродвигателей позволяет обеспечить дискретное изменение электрического поля внутри шагового электродвигателя и задать нужный угол перемещения оси ротора.

Разновидности приспособления

В зависимости от некоторых деталей различают несколько типов шаговых двигателей. Каждый из них имеет некоторые особенности функционирования.

Двигатель с постоянным магнитом считается наиболее популярным, отличается простотой настройки и эксплуатации. Устройство несет в себе магнит круглой формы, напоминающий диск и имеющий разные полюса. Обмотки статора при включении прибора притягивают и отталкивают магнит на роторе, что и обеспечивает кручение механизма.

При использовании такого типа двигателя величина шага измеряется, и показатель колеблется в пределах 45−90 градусов. Простота применения приспособления делает его востребованным, а длительный срок службы позволяет не думать о частой замене.

Прибор с переменными магнитами

Такие приспособления не имеют на роторе специального магнита. Эта деталь изготовлена из магнитного, мягкого металла, имеет форму зубчатого диска, напоминающего шестеренку. На статоре расположено более четырех разных обмоток. Запитываются они в противоположных парах и притягивают к себе ротор.

Стоит отметить, что величина крутящегося момента несколько снижается, поскольку в устройстве отсутствует постоянный магнит. Это считается недостатком, но есть и достоинство, поскольку при работе приспособления нет момента стопора.

Стопорящий момент заключается во вращении, создаваемом расположенными на роторе постоянными магнитами. Они притягиваются к статору, а именно к его арматуре при отсутствии в обмотках электрического тока. Зафиксировать этот момент просто — необходимо попытаться рукой повернуть двигатель в отключенном состоянии. При этом обычно слышны щелчки на каждом шаге. Диапазон шага в таком двигателе колеблется в пределах 5−15 градусов.

Гибридные модели

Название свое этот тип приспособлений получил из-за особенности работы, которая предполагает сочетание принципов шагового двигателя с постоянными и переменными магнитами. Обладает хорошими удерживающими и динамическими крутящими моментами. Достоинством прибора считается минимальная величина шага, которая не превышает показатель в 5°. Именно благодаря этому обеспечивается максимальная точность.

Механические части приспособления вращаются гораздо быстрее, чем в других моделях с подобным принципом работы. Часто используются в станках для производства. Главным недостатком такого двигателя считается его высокая стоимость.

Известно, что обычный мотор с 8 обмотками будет иметь по 50 положительных и отрицательных полюсов, но произвести такой магнит невозможно. Именно поэтому устройство гибридного двигателя включает в себя 2 магнитных диска, каждый имеет 50 зубцов, а также постоянный магнит цилиндрической формы.

Диски в процессе изготовления прибора привариваются к разным полюсам этого цилиндрического магнита и получается, что один из них на каждом из своих зубьев имеет положительный полюс, а другой — отрицательный. Если смотреть на конструкцию сверху, она выглядит как один диск, имеющий 100 зубьев.

На один оборот такого двигателя приходится 75 шагов, каждый из которых имеет показатель не более, чем 1,5°.

Двухфазные моторы

Двухфазный шаговый двигатель очень прост в использовании, установить его и настроить может даже человек без опыта и соответствующих навыков. Приспособление имеет два типа обмотки для катушек:

Униполярная заключается в установке одной обмотки, а также специального магнитного крана в центре, влияющего на любую фазу. Каждая секция включается для обеспечения необходимого направления магнитного поля. Достоинством этой конструкции считается возможность функционирования без специального переключения. На каждую обмотку понадобится один транзистор, поэтому установка прибора облегчается. На одну фазу приходится три провода, а на выходной сигнал необходимо шесть проводов. Подключать обмотки можно также посредством присоединения проводов с постоянными магнитами. Стоит помнить, что повернуть вал будет непросто при прикосновении клемм. Это связано с тем, что общий провод по длине несколько больше, чем та часть, которая используется для присоединения катушек.
Биполярные типы моторов имеют только одну обмотку. Электрический ток в нее поступает особенным переломным методом посредством полюса, обеспеченного магнитом. На любую фазу приходится два разных провода. Устройство несколько сложнее, чем в униполярных моделях, но эффективность выше.

Другие типы устройств

Главная особенность реактивных приспособлений — маленький шаг, который достигает не более 1°, а также расположение зубцов, находящихся на полюсах статора. Недостаток такого мотора — отсутствие синхронизирующего момента в случае обесточивания обмоток.

Для изготовления такого прибора понадобится специальный коммутатор, поэтому стоимость его высока. Самостоятельное создание также исключается по причине сложности конструкции.

Синхронные линейные шаговые моторы используются в случае, когда необходимо автоматизировать производственный процесс. Для этого следует обеспечить перемещение объектов в плоскости. С этой целью применяется специальный преобразователь, который изменяет вращательное движение на поступательное. Достичь этого можно путем использования кинематики.

Именно с этой целью и применяется линейный двигатель, преобразующий импульсы в перемещение по одной линии. Помимо автоматизации процесса, приспособление упростит кинематическую схему проводов. В таком приборе статор изготовлен из мягкого магнитного металла, а также имеется постоянный магнит. Стабильная работа двигателя осуществляется при условии постоянной подачи импульсов на обмотки.

Шаговые моторы — универсальные приспособления, обеспечивающие бесперебойное функционирование множества электрических приборов и производственного оборудования.

Шаговая частота вращения и частота импульсов

Так как частота вращения у ШД фактически представляет собой количество шагов в единицу времени, вместо термина “частота вращения” в специализированной литературе нередко можно встретить определение “шаговая частота вращения”. Перед тем как подключить электродвигатель, об этих нюансах нужно обязательно прочесть.

Так как у большинства шаговых двигателей эта частота равна количеству управляющих импульсов, не стоит удивляться необычному ее обозначению в технических справочниках. Точнее, для подобных моторов единицей измерения нередко является герц (Гц).

При этом важно понимать, что шаговая частота вращения реального числа оборотов ротора двигателя ни в коем случае не отражает. Специалисты считают, что нет никакой причины не использовать в описании шаговых двигателей все то же количество оборотов в минуту, которое применяется при описании технических характеристик обычных электродвигателей.

Соотношение между реальной частотой вращения и ее шаговым аналогом вычисляется по следующей формуле:

n = 60f/S, где n – частота вращения, выражается в оборотах в минуту; f – шаговая частота вращения; S – число шагов.

Понравилась статья? Расскажите друзьям: Оцените статью, для нас это очень важно:

Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

принцип действия, виды, режимы работы

Шаговый двигатель – электрический синхронный мотор, совершающий оборот некоторым количеством равноценных эквивалентных перемещений. От длины элементарного сегмента зависит точность, с которой ротор позиционируется нужным образом. В отдельности минимальное перемещение называется шагом.

Принцип действия шаговых двигателей, разновидности

Шаговый двигатель в комплекте с драйвером выполняет преобразование числа входящих импульсов в заданное угловое перемещение вала. Устройство сопрягается с цифровой техникой, управляющий сигнал часто аналоговый. Входы обмоток посещает синусоида нужной фазы. Драйвер, получающий на контакты цифровой сигнал, декодирует волну, формирует нужные сигналы управления двигателем. Одна, две, три, четыре фазы. Определяется конструкцией, нуждами техники.

Конструкция шагового двигателя

Особенностью шагового двигателя назовем форму стального ротора. Снабжен полюсами, подчеркнутыми путем вынесения на кончик острого либо тупого зубца. Мертвый металл, притягиваемый катушками статора. Характеризуется некоторой намагниченностью остаточного рода, вызванной действием поля. Точное позиционирование полюсов статора обеспечивает шаговому двигателю уникальное свойство: точное позиционирование по углу поворота вала. Из правила встречаются исключения, рассмотренные ниже по тексту.

Шаговые двигатели используются промышленностью, цифровой техникой – где требуется обеспечить точное позиционирование вала. Некоторые источники датируют изобретение серединой XIX века, первые сведения просочились в специализированные журналы в 20-х годах XX века. Речь о трехфазном реактивном шаговом двигателе. Исходное применение традиционно стало военным: на кораблях королевского флота Великобритании узлы направляли в нужную сторону торпеды. Позже технология перекочевала, посетив армию США.

Первый открытый патент получен на прибор с ротором, статором на 32 зуба шотландским инженером Уолкером в 1919 году. Прибор рассчитан работать с трехфазным напряжением. Сегодня шаговые двигатели встречаются в жестких дисках персональных компьютеров, автоматизированных линиях сборки. Ключевыми достоинствами считают низкую стоимость, простоту позиционирования. Альтернатив не придумано. Устройства применяются приблизительно с 70-х годов XX века, формируют четыре основные группы:

Шаговые двигатели на постоянных магнитах.
Гибридные синхронные двигатели.
Вентильные реактивные двигатели.
Шаговые двигатели Лавета.

Полюсы различной намотки, к примеру, унифилярной, бифилярной (см. Катушка индуктивности). В первом случае ротор совершает обороты однонаправленно, если не предусмотреть дополнительную коммутацию фаз. Бифилярный двигатель отрабатывает реверс простой подачей напряжения на другие пары контактов. На каждом полюсе нить проволоки намотана, образуя две катушки. Конструкция такова, что знаки полей противоположные. Обеспечивает простую организацию реверса. Схожие схемы видим на примере двигателя привода барабана стиральной машины.

Мировой практикой принята стандартизированная маркировка указанных разновидностей устройств:

Красный, желтый – первая обмотка.
Черный, оранжевый – вторая обмотка.

Обмотка с центральным общим выводом. Красный, черный, красный с белым – первая обмотка. Зеленый, белый, зеленый с белым – вторая обмотка.
Двойная обмотка полюса. Красный, красный с белым – первая пара первой обмотки. Желтый, желтый с белым – вторая пара первой обмотки. Черный, черный с белым —первая пара второй обмотки. Оранжевый, оранжевый с белым – вторая пара второй обмотки.

Каждая обмотка способна образовывать несколько полюсов. Для включения реверса бифилярных шаговых двигателей коммутируется другая пара контактов. И если для формирования обратного вращения унифилярных разновидностей нужен формирующий контроллер, здесь допустимо использовать рядовой контактор.

Режимы работы шаговых двигателей

Изделия функционируют в нескольких режимах:

Полный шаг реализуется поочередной подачей управляющих напряжений по фазам. Стандартное число – 200 перемещений на 1 оборот.
В режиме половинного шага после активации одной фазы, остается состояние неизменным часть времени включения следующей. Получается, на зуб действуют одновременно два полюса. Вал замирает, фиксируя промежуточное положение. Потом первая фаза пропадает, ротор делает полшага вперед. Несмотря на меньший развиваемый крутящий момент, режим находит большее применение промышленностью, благодаря сокращению уровня вибраций.
Электрический синхронный мотор
Микрошаговые режимы считаются искусными ноу-хау наработками конкретных производителей. Режимом заправляет специальный чип, генерирующий управляющие напряжения, чтобы точность позиционирования вала находилась в районе сотой шага (20000 перемещений на 1 оборот). Подобные изыски нужны микроэлектронике, не исключено возникновение потребности тонких технических решениях среди промышленных конвейеров. Драйвер генерирует 50 с лишним тысяч циклов управляющих напряжений на оборот.

Шаговые двигатели на постоянном магните

Род двигателей возможно встретить в помпе стиральной машины. К примеру, блок, удаляющий воду бака после стирки, между отдельными этапами цикла. Скорость вращения вала невелика, ротор в составе содержит постоянный магнит, шаг большой. Допустим, 45 градусов. На обмотки статора поочередно подается напряжение, создавая вращающееся магнитное поле. Постоянный магнит вала следует изменениям вектора напряженности.

Достоинствами шаговых двигателей назовем простоту, низкую стоимость. Постоянные магниты часто применяются принтерами. Отличие от других шаговых двигателей: ротор лишен зубцов, полюсов мало. Бывает два, катушек статора – 4, каждым перемещением вал совершает поворот 90 градусов. Требуется 4 фазы, сдвинутые друг относительно друга на 90 градусов. Драйвер просто реализовать при помощи конденсаторов.

Благодаря низкой скорости оборотов двигатель развивает высокий крутящий момент (загружая бумагу из лотка принтера).

Двигатель с постоянным магнитом

Гибридные синхронные двигатели

Гибридные синхронные двигатели используются промышленностью по причине развития высокого крутящего момента, хорошо держат статическую нагрузку. Вал по-прежнему представлен постоянным магнитом, снабжается зубцами, на статоре множество полюсов. Тип двигателей обеспечивает высокие скорости вращения. Каждый шаг в стандартном исполнении равен 1,8 угловых градусов (200 шагов/оборот). Выпускают специализированные исполнения:

0,9 градуса (400 шагов/оборот).
3,6 градуса (100 шагов/оборот).

Вентильные шаговые двигатели

Главным отличием вентильных двигателей считают отсутствие тяжелых постоянных магнитов. Благодаря чему жесткой фиксации положения не происходит при наличии высокой точности. Двигатели идеальны для просмотра слайдов кинопленки. Относительно плавное, точное движение идеально подходит случаю.

Ротор облегченный, стальной, имеет ярко выраженные, сравнительно немногочисленные зубцы. Шаг средний, например, для трех фаз, 12 полюсов выйдет 15 градусов. Расстояние меж полюсами составляет 30 градусов. Промежуточные положения вал занимает в случаях, когда активируются одновременно две соседние фазы. Чередование соответствует обычной промышленной сети (к примеру, 400 вольт).

Главной особенностью вентильных двигателей является сравнительно малое количество тупых зубцов. Высокой точности позиционирования ожидать не приходится. Для реализации продвинутых алгоритмов применяются сложные драйверы.

Шаговые двигатели Лавета

Шаговые двигатели Лавета временами применяются электрическими часами. Сконструированы работать с сигналом одной фазы. Благодаря возможности миниатюризации двигатели Лавета послужат исполнительной частью наручных часов. Название устройства получили именем изобретателя – инженера Мариуса Лавета.

Инженер Мариус Лавет позавидует

В 1936 году выпускник Высшей школы электрики сконструировал двигатель, принесший всемирную известность. Статор выглядит, как у электрического мотора с расщепленными полюсами. Одна катушка. Полюсы образованы единичными витками сравнительно толстой медной проволоки, расположенными на магнитопроводе, создавая нужную фазу ЭДС. Индуцированные токи обеспечивают нужный крутящий момент. Задержка распространения магнитного поля по сердечнику используется сдвигать фазу на 90 градусов, имитируя двухфазное напряжение. Ротор представлен постоянным магнитом.

Конструкции охотно используются бытовой техникой (блендерами, миксерами). Отличие двигателей Лавета в том, что благодаря зубцам вал фиксируется с некоторым шагом. Становится возможным характерное движение секундной стрелки. Как большинство шаговых двигателей, разновидность не предназначена работать на реверс.

Параметры шаговых двигателей

Отдельные параметры шаговых двигателей критичны при выборе соответствующего контроллера, формирующего управляющие напряжения:

Индуктивность. Высокое значение параметра обычно у низкоскоростных двигателей с явным крутящим моментом. При повышении количества оборотов вала параметры оборудования непременно ухудшатся. При низкой индуктивности ток вызывает быстрый отклик, требуется в приводах для чтения оптических дисков.
Потребляемый ток влияет на жесткость переключения меж соседними шагами. Более плавный режим требует снижения параметра. Большой потребляемый ток повышает крутящий момент. Таким образом, правильный выбор параметров загружает плечи проектировщика.
Предельный уровень рабочих температур шаговых двигатель невелик. Верхняя граница находится в области 90 градусов Цельсия. Перегрев возможен на высоких крутящих моментах при значительном потреблении тока. Для разгрузки иногда применяется режим удержания, когда вал стопорится некоторое время.

Разновидности драйверов шаговых двигателей

В глобальном смысле выделяют три группы драйверов управления шаговыми двигателями:

Униполярные формируют импульсы тока одного направления. Простой, неприхотливый метод, использование снижает крутящий момент на 40%. Специалисты объясняют феномен невозможностью одновременного питания всех обмоток, способных участвовать в движении. Методика подходит низким рабочим скоростям.
Драйверы с гасящими резисторами сегодня считаются устаревшими. Позволяют выжать из двигателя максимум скорости. Большое количество энергии выделяется теплом на гасящих резисторах.
Биполярные драйверы популярны сегодня. Игнорируя сложность конструкции, достигается высокая эффективность. Каждый драйвер содержит формирующий блок, составленный четырьмя транзисторами. Питание подается, минуя диоды, с резистора снимается сигнал обратной связи. Напряжение достигает определенного уровня, открываются нужные ключи для снижения. Форма сигнала принимает пилообразную форму, двигатель с высоким постоянством поддерживает заданную мощность.

Что такое шаговый двигатель, и зачем он нужен?

Шаговый двигатель – это электромеханичское устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические перемещения. Так, пожалуй, можно дать строгое определение. Наверное, каждый видел, как выглядит шаговый двигатель внешне: он практически ничем не отличается от двигателей других типов. Чаще всего это круглый корпус, вал, несколько выводов (рис. 1).

Рис. 1. Внешний вид шаговых двигателей семейства ДШИ-200.

Однако шаговые двигатели обладают некоторыми уникальными свойствами, что делает порой их исключительно удобными для применения или даже незаменимыми.

Чем же хорош шаговый двигатель?

угол поворота ротора определяется числом импульсов, которые поданы на двигатель
двигатель обеспечивает полный момент в режиме остановки (если обмотки запитаны)
прецизионное позиционирование и повторяемость. Хорошие шаговые двигатели имеют точность 3-5% от величины шага. Эта ошибка не накапливается от шага к шагу
возможность быстрого старта/остановки/реверсирования
высокая надежность, связанная с отсутствием щеток, срок службы шагового двигателя фактически определяется сроком службы подшипников
однозначная зависимость положения от входных импульсов обеспечивает позиционирование без обратной связи
возможность получения очень низких скоростей вращения для нагрузки, присоединенной непосредственно к валу двигателя без промежуточного редуктора
может быть перекрыт довольно большой диапазон скоростей, скорость пропорциональна частоте входных импульсов

Но не все так хорошо…

шаговым двигателем присуще явление резонанса
возможна потеря контроля положения ввиду работы без обратной связи
потребление энергии не уменьшается даже без нагрузки
затруднена работа на высоких скоростях
невысокая удельная мощность
относительно сложная схема управления

Что выбрать?

Шаговые двигатели относятся к классу бесколлекторных двигателей постоянного тока. Как и любые бесколлекторные двигатели, они имеют высокую надежность и большой срок службы, что позволяет использовать их в критичных, например, индустриальных применениях. По сравнению с обычными двигателями постоянного тока, шаговые двигатели требуют значительно более сложных схем управления, которые должны выполнять все коммутации обмоток при работе двигателя. Кроме того, сам шаговый двигатель – дорогостоящее устройство, поэтому там, где точное позиционирование не требуется, обычные коллекторные двигатели имеют заметное преимущество. Справедливости ради следует отметить, что в последнее время для управления коллекторными двигателями все чаще применяют контроллеры, которые по сложности практически не уступают контроллерам шаговых двигателей.

Одним из главных преимуществ шаговых двигателей является возможность осуществлять точное позиционирование и регулировку скорости без датчика обратной связи. Это очень важно, так как такие датчики могут стоить намного больше самого двигателя. Однако это подходит только для систем, которые работают при малом ускорении и с относительно постоянной нагрузкой. В то же время системы с обратной связью способны работать с большими ускорениями и даже при переменном характере нагрузки. Если нагрузка шагового двигателя превысит его момент, то информация о положении ротора теряется и система требует базирования с помощью, например, концевого выключателя или другого датчика. Системы с обратной связью не имеют подобного недостатка.

При проектировании конкретных систем приходится делать выбор между сервомотором и шаговым двигателем. Когда требуется прецизионное позиционирование и точное управление скоростью, а требуемый момент и скорость не выходят за допустимые пределы, то шаговый двигатель является наиболее экономичным решением. Как и для обычных двигателей, для повышения момента может быть использован понижающий редуктор. Однако для шаговых двигателей редуктор не всегда подходит. В отличие от коллекторных двигателей, у котрых момент растет с увеличением скорости, шаговый двигатель имеет больший момент на низких скоростях. К тому же, шаговые двигатели имеют гораздо меньшую максимальную скорость по сравнению с коллекторными двигателями, что ограничивает максимальное передаточное число и, соответственно, увеличение момента с помощью редуктора. Готовые шаговые двигатели с редукторами хотя и существуют, однако являются экзотикой. Еще одним фактом, ограничивающим применение редуктора, является присущий ему люфт.

Возможность получения низкой частоты вращения часто является причиной того, что разработчики, будучи не в состоянии спроектировать редуктор, применяют шаговые двигатели неоправданно часто. В то же время коллекторный двигатель имеет более высокую удельную мощность, низкую стоимость, простую схему управления, и вместе с одноступенчатым червячным редуктором он способен обеспечить тот же диапазон скоростей, что и шаговый двигатель. К тому же, при этом обеспечивается значительно больший момент. Приводы на основе коллекторных двигателей очень часто применяются в технике военного назначения, а это косвенно говорит о хороших параметрах и высокой надежности таких приводов. Да и в современной бытовой технике, автомобилях, промышленном оборудовании коллекторные двигатели распространены достаточно сильно. Тем не менее, для шаговых двигателей имеется своя, хотя и довольно узкая, сфера применения, где они незаменимы.

Ссылки по теме:

Что такое шаговый двигатель? Типы, конструкция, работа и применение

Типы шаговых двигателей – их конструкция, работа и применение

Изобретение специальных карт драйверов шаговых двигателей и других технологий цифрового управления для сопряжения шагового двигателя с системами на базе ПК являются причиной широкого распространения шаговых двигателей в последнее время. Шаговые двигатели становятся идеальным выбором для систем автоматизации, требующих точного управления скоростью или точного позиционирования, либо того и другого.

Поскольку мы знаем, что многие промышленные электродвигатели используются с управлением с обратной связью с обратной связью для достижения точного позиционирования или точного управления скоростью, с другой стороны, шаговый двигатель может работать с контроллером без обратной связи. Это, в свою очередь, снижает общую стоимость системы и упрощает конструкцию машины по сравнению с сервосистемой управления. Кратко остановимся на шаговом двигателе и его типах .

Что такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель – это бесщеточное электромеханическое устройство, которое преобразует последовательность электрических импульсов, приложенных к их обмоткам возбуждения, в точно определенное пошаговое механическое вращение вала.Вал двигателя вращается на фиксированный угол для каждого дискретного импульса. Это вращение может быть линейным или угловым, при вводе одиночного импульса происходит одно шаговое движение.

Когда применяется последовательность импульсов, она поворачивается на определенный угол. Угол поворота вала шагового двигателя для каждого импульса называется углом шага, который обычно выражается в градусах.

Количество входных импульсов, подаваемых на двигатель, определяет угол шага, и, следовательно, положение вала двигателя регулируется путем управления количеством импульсов.Эта уникальная особенность делает шаговый двигатель подходящим для системы управления без обратной связи, в которой точное положение вала поддерживается с помощью точного количества импульсов без использования датчика обратной связи.

Если угол шага меньше, тем больше будет количество шагов на оборот и выше будет точность полученного положения. Углы шага могут составлять от 90 градусов до 0,72 градуса, однако обычно используемые углы шага составляют 1,8 градуса, 2.5 градусов, 7,5 градусов и 15 градусов.

Направление вращения вала зависит от последовательности импульсов, подаваемых на статор. Скорость вала или средняя скорость двигателя прямо пропорциональна частоте (скорости входных импульсов) входных импульсов, подаваемых на обмотки возбуждения. Следовательно, если частота низкая, шаговый двигатель вращается ступенчато, а при высокой частоте он постоянно вращается, как двигатель постоянного тока, из-за инерции.

Как и все электродвигатели, он имеет статор и ротор.Ротор – подвижная часть, не имеющая обмоток, щеток и коллектора. Обычно роторы либо с переменным магнитным сопротивлением, либо с постоянными магнитами. Статор часто состоит из многополюсных и многофазных обмоток, обычно из трех или четырех фазных обмоток, намотанных на необходимое количество полюсов, определяемое желаемым угловым смещением на входной импульс.

В отличие от других двигателей, он работает с запрограммированными дискретными импульсами управления, которые подаются на обмотки статора через электронный привод.Вращение происходит за счет магнитного взаимодействия между полюсами последовательно включенной обмотки статора и полюсами ротора.

Конструкция шагового двигателя

На современном рынке доступно несколько типов шаговых двигателей с широким диапазоном размеров, количества шагов, конструкций, проводки, передачи и других электрических характеристик. Поскольку эти двигатели могут работать в дискретном режиме, они хорошо подходят для взаимодействия с устройствами цифрового управления, такими как компьютеры.

Благодаря точному контролю скорости, вращения, направления и углового положения, они представляют особый интерес в системах управления производственными процессами, станках с ЧПУ, робототехнике, системах автоматизации производства и контрольно-измерительных приборах.

Типы шаговых двигателей

Существует три основных категории шаговых двигателей , а именно

Шаговый двигатель с постоянным магнитом
Шаговый двигатель с переменным сопротивлением
Гибридный шаговый двигатель

Напряжение постоянного тока подается в качестве возбуждения на катушки обмоток, и каждый вывод обмотки подключается к источнику через твердотельный переключатель. Конструкция его ротора зависит от типа шагового двигателя: ротор из мягкой стали с выступающими полюсами, цилиндрический ротор с постоянными магнитами и постоянный магнит с зубьями из мягкой стали. Обсудим эти типы подробнее.

Шаговый двигатель с переменным сопротивлением

Это базовый тип шагового двигателя , который существует уже долгое время и обеспечивает самый простой способ понять принцип работы с точки зрения конструкции.Как следует из названия, угловое положение ротора зависит от сопротивления магнитной цепи, образованной между полюсами (зубьями) статора и зубьями ротора.

Конструкция шагового двигателя с регулируемым сопротивлением

Он состоит из статора с обмоткой и ротора с несколькими зубьями из мягкого железа. Статор имеет пакет пластин из кремнистой стали, на которые намотаны обмотки статора. Обычно он наматывается по трем фазам, которые распределяются между парами полюсов.

Количество полюсов на статоре, сформированное таким образом, равно кратному количеству фаз, для которых на статоре намотаны обмотки. На рисунке ниже статор имеет 12 равноотстоящих полюсов, каждый из которых намотан возбуждающей катушкой. Эти три фазы запитываются от источника постоянного тока с помощью твердотельных переключателей.

Ротор не имеет обмоток и является явнополюсным, полностью изготовленным из стальных пластин с прорезями. Выступающие зубья полюса ротора имеют такую же ширину, как и зубцы статора.Число полюсов статора отличается от числа полюсов ротора, что обеспечивает возможность самозапуска и двунаправленного вращения двигателя.

Отношение полюсов ротора к полюсам статора для трехфазного шагового двигателя определяется как Nr = Ns ± (Ns / q). Здесь Ns = 12 и q = 3, и, следовательно, Nr = 12 ± (12/3) = 16 или 8. Ниже показан 8-полюсный ротор без возбуждения.

Работа шагового двигателя с переменным сопротивлением

Шаговый двигатель работает по принципу , согласно которому ротор совмещается в определенном положении с зубцами полюса возбуждения в магнитной цепи с минимальным сопротивлением. путь существует.Всякий раз, когда к двигателю подается питание и возбуждая конкретную обмотку, он создает свое магнитное поле и развивает свои собственные магнитные полюса.

Из-за остаточного магнетизма в полюсах магнита ротора это заставит ротор перемещаться в такое положение, чтобы достичь положения минимального сопротивления, и, следовательно, один набор полюсов ротора выровнен с набором полюсов статора под напряжением. В этом положении ось магнитного поля статора совпадает с осью, проходящей через любые два магнитных полюса ротора.

Когда ротор совмещен с полюсами статора, он обладает достаточной магнитной силой, чтобы удерживать вал от перемещения в следующее положение по часовой стрелке или против часовой стрелки.

Рассмотрим принципиальную схему трехфазного, 6 полюсов статора и 4 зубьев ротора, показанную на рисунке ниже. Когда фаза A-A ’снабжается источником постоянного тока путем замыкания переключателя -1, обмотка становится магнитом, в результате чего один зуб становится северным, а другой – южным. Таким образом, магнитная ось статора лежит вдоль этих полюсов.

За счет силы притяжения, северный полюс обмотки статора притягивает ближайший зуб ротора противоположной полярности, то есть южный и южный полюс притягивают ближайший зуб ротора противоположной полярности, то есть север. Затем ротор настраивается в положение с минимальным сопротивлением, при котором магнитная ось ротора точно совпадает с магнитной осью статора.

Когда фаза B-B ‘активируется включением переключателя -2, сохраняя фазу A-A’ обесточенной путем размыкания переключателя-1, обмотка B-B ‘будет создавать магнитный поток и, следовательно, магнитная ось статора смещается вдоль образованных им полюсов.Следовательно, ротор смещается в сторону наименьшего сопротивления с намагниченными зубьями статора и вращается на угол 30 градусов по часовой стрелке.

Когда переключатель-3 находится под напряжением после размыкания переключателя-2, включается фаза C-C ’, зубья ротора выравниваются в новом положении, перемещаясь на дополнительный угол 30 градусов. Таким образом, ротор движется по часовой стрелке или против часовой стрелки, последовательно возбуждая обмотки статора в определенной последовательности. Угол шага этого 3-фазного 4-полюсного шагового двигателя с зубьями ротора выражается как 360 / (4 × 3) = 30 градусов (как угол шага = 360 / Nr × q).

Угол шага можно дополнительно уменьшить, увеличив количество полюсов на статоре и роторе, в этом случае двигатели часто имеют дополнительные фазные обмотки. Это также может быть достигнуто за счет принятия другой конструкции шаговых двигателей , такой как многостековая компоновка и редукторный механизм.

Шаговый двигатель с постоянным магнитом

Двигатель с постоянным магнитом, пожалуй, самый распространенный среди нескольких типов шаговых двигателей.Как следует из названия, он добавляет постоянные магниты в конструкцию двигателя. Этот тип шаговых двигателей также обозначается как двигатель для жестяных банок или двигатель для жестяных банок . Главное достоинство этого мотора – невысокая стоимость изготовления. Этот тип двигателя имеет 48-24 шага на оборот.

Конструкция Шаговый двигатель с постоянным магнитом

В этом двигателе статор является многополюсным, и его конструкция аналогична конструкции шагового двигателя с переменным сопротивлением, как описано выше.Он состоит из периферии с прорезями, на которые намотаны катушки статора. Он имеет выступающие полюса на щелевой конструкции, где намотанные обмотки могут быть двух-, трех- или четырехфазными.

Концевые выводы всех этих обмоток выкуплены и подключены к цепи возбуждения постоянного тока через твердотельные переключатели в цепи управления.

Ротор сделан из материала постоянного магнита, такого как феррит, который может иметь форму цилиндрического или выступающего полюса, но обычно это гладкий цилиндрический тип.Ротор спроектирован так, чтобы иметь четное количество полюсов постоянного магнита с чередованием северной и южной полярностей.

Работа шагового двигателя с постоянным магнитом

Этот двигатель работает по принципу, согласно которому разные полюса притягиваются друг к другу, а подобные полюса отталкиваются. Когда обмотки статора возбуждаются источником постоянного тока, он создает магнитный поток и устанавливает северный и южный полюса. Из-за силы притяжения и отталкивания между полюсами ротора постоянного магнита и полюсами статора ротор начинает перемещаться в положение, для которого на статор подаются импульсы.

Рассмотрим двухфазный шаговый двигатель с двумя полюсами ротора с постоянными магнитами, как показано на рисунке ниже.

Когда фаза A запитана плюсом по отношению к A ’, обмотки устанавливают северный и южный полюса. Из-за силы притяжения полюса ротора совпадают с полюсами статора, так что ось магнитного полюса ротора согласовывается с осью статора, как показано на рисунке.

Когда возбуждение переключается на фазу B и отключается фаза A, ротор дополнительно настраивается на магнитную ось фазы B и, таким образом, поворачивается на 90 градусов по часовой стрелке.

Затем, если фаза A питается отрицательным током по отношению к A ’, образование полюсов статора заставляет ротор перемещаться еще на 90 градусов по часовой стрелке.

Таким же образом, если фаза B возбуждается отрицательным током путем замыкания переключателя фазы A, ротор поворачивается еще на 90 градусов в том же направлении. Затем, если фаза A возбуждается положительным током, ротор возвращается в исходное положение, совершая полный оборот на 360 градусов.Это означает, что всякий раз, когда статор возбужден, ротор стремится повернуться на 90 градусов по часовой стрелке.

Угол шага этого двухфазного 2-полюсного роторного двигателя с постоянными магнитами выражается как 360 / (2 × 2) = 90 градусов. Размер шага может быть уменьшен за счет одновременного включения двух фаз или последовательности режимов однофазного включения и двухфазного включения с правильной полярностью.

Гибридный шаговый двигатель

Это самый популярный тип шагового двигателя , поскольку он обеспечивает лучшую производительность, чем ротор с постоянными магнитами, с точки зрения шагового разрешения, удерживающего момента и скорости.Однако эти двигатели дороже шаговых двигателей с постоянными магнитами. Он сочетает в себе лучшие характеристики шаговых двигателей с переменным сопротивлением и шаговых двигателей с постоянными магнитами. Эти двигатели используются в приложениях, где требуется очень маленький шаговый угол, например 1,5, 1,8 и 2,5 градуса.

Конструкция гибридного шагового двигателя

Статор этого двигателя такой же, как у его аналога с постоянным магнитом или реактивного типа. Катушки статора намотаны на чередующиеся полюсы.При этом катушки разных фаз намотаны на каждый полюс, обычно две катушки на полюсе, что называется бифилярным соединением.

Ротор состоит из постоянного магнита, намагниченного в осевом направлении для создания пары магнитных полюсов (полюсов N и S). Каждый полюс покрыт равномерно расположенными зубцами. Зубья состоят из мягкой стали и двух секций, на каждом полюсе которых смещены друг к другу с шагом в ползуба.

Работа гибридного шагового двигателя

Этот двигатель работает так же, как и шаговый двигатель с постоянными магнитами.На рисунке выше показан двухфазный, 4-полюсный гибридный шаговый двигатель с 6 зубьями. Когда фаза A-A ’возбуждается источником постоянного тока, сохраняя невозбужденный B-B’, ротор выравнивается так, что южный полюс ротора обращен к северному полюсу статора, а северный полюс ротора обращен к южному полюсу статора.

Теперь, если фаза B-B ‘возбуждена, удерживая A-A’ выключенным таким образом, что верхний полюс становится северным, а нижний – южным, тогда ротор будет выровнен в новое положение на движение против часовой стрелки.Если фаза B-B ’возбуждается противоположно, так что верхний полюс становится южным, а нижний – северным, то ротор будет вращаться по часовой стрелке.

При правильной последовательности импульсов на статор двигатель будет вращаться в желаемом направлении. При каждом возбуждении ротор блокируется в новом положении, и даже если возбуждение снимается, двигатель по-прежнему сохраняет заблокированное состояние из-за возбуждения постоянным магнитом. Угол шага этого 2-фазного, 4-полюсного, 6-зубчатого роторного двигателя составляет 360 / (2 × 6) = 30 градусов.На практике гибридные двигатели конструируются с большим числом полюсов ротора для получения высокого углового разрешения.

Униполярные и биполярные шаговые двигатели

Рассмотренные выше двигатели могут быть униполярными или биполярными в зависимости от расположения обмоток катушки. Используется униполярный двигатель с двумя обмотками на фазу, и, следовательно, направление тока через эти обмотки изменяет вращение двигателя. В этой конфигурации ток проходит в одном направлении в одной катушке и в противоположном направлении в другой катушке.

На рисунке ниже показан двухфазный униполярный шаговый двигатель, в котором катушки A и C предназначены для одной фазы, а B и D – для другой фазы. В каждой фазе каждая катушка передает ток в направлении, противоположном направлению тока другой катушки. Только одна катушка будет пропускать ток в каждой фазе для достижения определенного направления вращения. Таким образом, просто переключая клеммы на каждую катушку, можно управлять направлением вращения.

В случае биполярного шагового двигателя каждая фаза состоит из одной обмотки, а не из двух в случае униполярной.В этом случае направление вращения регулируется путем изменения направления тока через обмотки. Следовательно, для реверсирования тока требуется сложная схема возбуждения.

Тактовые режимы шагового двигателя

Типичное шаговое действие заставляет двигатель шагать через последовательность положений равновесия в ответ на подаваемые на него импульсы тока. Шаговое действие можно изменять по-разному, просто изменяя последовательность подачи питания на обмотки статора.Ниже приведены наиболее распространенные режимы работы или движения шаговых двигателей.

Шаг волны
Полный шаг
Полушаг
Микрошаг

Режим шага волны

Режим шага волны самый простой из всех других режимов, в которых только одна обмотка находится под напряжением в любой момент времени. Каждая катушка фазы поочередно подключается к источнику питания. В таблице ниже показан порядок включения катушек в 4-фазном шаговом двигателе.

В этом режиме двигатель дает максимальный угол шага по сравнению со всеми другими режимами. Это самый простой и наиболее часто используемый режим для пошагового выполнения; однако создаваемый крутящий момент меньше, поскольку в данный момент используется некоторая часть всей обмотки.

Полный шаговый режим

В этом приводе или режиме две фазы статора возбуждаются одновременно в любой момент времени. Когда две фазы запитаны вместе, ротор будет испытывать крутящий момент от обеих фаз и придет в положение равновесия, которое будет чередоваться между двумя соседними положениями ступенек волны или однофазным возбуждением.Таким образом, этот шаг обеспечивает лучший удерживающий момент, чем волновой шаг. В таблице ниже показан полный шаговый привод для 4-фазного шагового двигателя.

Полушаговый режим

Это комбинация волнового и полушагового режимов. При этом однофазное и двухфазное возбуждение выполняются поочередно, то есть однофазное включение, двухфазное включение и так далее. Угол шага в этом режиме становится половиной полного угла шага. Этот режим привода имеет самый высокий крутящий момент и стабильность по сравнению со всеми другими режимами.Таблица, содержащая последовательность импульсов фазы для 4-фазного двигателя с полушагом, приведена ниже.

Режим микрошага

В этом режиме каждый шаг двигателя разделен на несколько небольших шагов, даже на сотни фиксированных положений, поэтому достигается большее разрешение позиционирования. При этом токи через обмотки постоянно меняются, чтобы получить очень маленькие шаги. При этом одновременно возбуждаются две фазы, но с разными токами в каждой фазе.

Например, ток через фазу -1 поддерживается постоянным, в то время как ток через фазу 2 увеличивается пошагово до максимального значения тока, будь то отрицательное или положительное. Затем ток в фазе 1 постепенно уменьшается или увеличивается до нуля. Таким образом, двигатель будет производить шаг небольшого размера.

Все эти пошаговые режимы могут быть получены с помощью каждого типа шагового двигателя, описанного выше. Однако направление тока в каждой обмотке во время этих этапов может изменяться в зависимости от типа двигателя, будь то однополярный или биполярный.

Преимущества шагового двигателя

В состоянии покоя двигатель развивает полный крутящий момент. Неважно, нет ли момента или смены позиции.
Обладает хорошей реакцией на пуск, остановку и движение задним ходом.
Поскольку в шаговом двигателе нет контактных щеток, он надежен, а срок службы зависит от подшипников двигателя.
Угол поворота двигателя прямо пропорционален входным сигналам.
Это просто и менее затратно в управлении, поскольку двигатель обеспечивает управление без обратной связи при ответе на цифровые входные сигналы.
Скорость двигателя прямо пропорциональна частоте входных импульсов, таким образом можно достичь широкого диапазона скорости вращения.
Когда нагрузка приложена к валу, все еще возможно реализовать синхронное вращение с низкой скоростью.
Точное позиционирование и повторяемость движения хороши, так как имеет точность шага 3-5%, где ошибка не суммируется от одного шага к другому.
Шаговые двигатели более безопасны и дешевы (по сравнению с серводвигателями), имеют высокий крутящий момент на низких скоростях, высокую надежность и простую конструкцию, которые работают в любых условиях.

Недостатки шаговых двигателей

Шаговые двигатели с низким КПД.
Имеет низкую точность.
Его крутящий момент очень быстро снижается со скоростью.
Поскольку шаговый двигатель работает в режиме управления без обратной связи, нет обратной связи, указывающей на возможные пропущенные шаги.
У него низкое отношение крутящего момента к моменту инерции, что означает, что он не может очень быстро разгонять груз.
Они шумные.

Применения шаговых двигателей

Шаговые двигатели используются в автоматизированном производственном оборудовании, автомобильных датчиках и промышленных машинах, таких как упаковка, этикетирование, наполнение и резка и т. Д.
Он широко используется в устройствах безопасности, таких как камеры безопасности и наблюдения.
В медицинской промышленности шаговые двигатели широко используются в образцах, цифровой стоматологической фотографии, респираторах, жидкостных насосах, оборудовании для анализа крови, медицинских сканерах и т. Д.
Они используются в бытовой электронике в сканерах изображений, копировальных аппаратах и печатных машинах, а также в цифровая камера для автоматического масштабирования и фокусировки с функциями и положениями.
Шаговые двигатели также используются в лифтах, конвейерных лентах и переключателях полосы движения.

Также можете прочитать:

Шаговый двигатель: работа, конструкция, типы и способы привода

произвели революцию в машиностроении в современном мире. Эти двигатели в основном используются в 3D-принтерах, станках с ЧПУ, робототехнике и т. Д. Шаговый двигатель – это не что иное, как двигатель постоянного тока, который движется ступенчато, и каждый шаг можно контролировать с точностью. Поэтому шаговые двигатели обладают высокой точностью по сравнению с другими двигателями, а также имеют высокий крутящий момент, который может выдерживать большие нагрузки, что делает их идеальным выбором для машин.Кроме того, эти двигатели не имеют какого-либо механизма обратной связи, как серводвигатели, и работают в режиме разомкнутого контура.

КОНСТРУКЦИЯ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ:

очень похожа на двигатель постоянного тока. Он также имеет постоянный магнит в качестве ротора. Ротор будет в центре и будет вращаться, когда на него будет действовать сила. Этот ротор окружен рядом статоров, намотанных на него магнитной катушкой. Статор будет размещен как можно ближе к ротору, чтобы магнитные поля в статорах могли влиять на движение ротора.Для управления шаговым двигателем каждый статор будет поочередно запитываться. В этом случае статор будет намагничиваться и действовать как электромагнитный полюс, оказывая отталкивающую силу на ротор и подталкивая его к перемещению на один шаг. Альтернативное намагничивание и размагничивание статоров будет перемещать ротор шаг за шагом и позволяет ему вращаться с большим контролем.

По статору его можно разделить на два типа. Это униполярные и биполярные шаговые двигатели.

УНИПОЛЯРНЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ:

В униполярном двигателе каждая обмотка статора имеет центральный отвод, который подключается к Vcc или заземлению.В этой установке ток течет только к половине обмотки за раз. В зависимости от того, что подключено к Vcc или GND, ток течет в центральную клемму ответвления или выходит из нее. Когда ток проходит через обмотку, статор действует как магнитные полюса. Здесь пропускание тока через одну половину обмотки сделает статор северным полюсом, а ток через другую половину вызовет южный полюс. Это упрощает управление двигателем и его работу как по часовой, так и против часовой стрелки. Простого транзистора на обоих концах обмотки будет достаточно для работы этого типа шагового двигателя в обоих направлениях.

Несмотря на преимущества, униполярный двигатель имеет меньший крутящий момент и не выдерживает больших нагрузок. Кроме того, поскольку одновременно будет активна только половина обмотки катушки, обмотка статора будет больше, что приведет к увеличению сопротивления катушки.

БИПОЛЯРНЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ:

В отличие от униполярных двигателей, обмотка статора биполярных двигателей не имеет соединения с центральным ответвлением, поэтому ток будет проходить через всю катушку. Вы можете протолкнуть ток через катушку, подав напряжение Vcc на одну клемму и подключив другую клемму к земле.Ток в одном направлении сделает северный полюс статора, в то время как ток в противоположном направлении сделает его южным полюсом. В отличие от униполярных двигателей, для биполярных двигателей требуются специальные устройства, такие как H-мост, для работы в обоих направлениях. Биполярные двигатели обладают высоким крутящим моментом и могут выдерживать большие нагрузки. Но для управления этим двигателем требуются специальные схемы, которые могут увеличить стоимость.

можно разделить на разные типы в зависимости от конструкции. Мы увидим это позже в этом руководстве для лучшего понимания.

ПРИВОД ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ:

Изображение предоставлено: www.wikipedia.org

требуются специальные схемы из-за их сложной конструкции. Есть много способов управлять шаговым двигателем. В этом уроке мы рассмотрим наиболее распространенные способы управления двигателями. Для пояснения мы рассмотрим четырехфазный шаговый двигатель.

РЕЖИМ ОДНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ:

Это самый простой способ управления шаговым двигателем, и он мало используется, но все же стоит знать, чтобы понять принцип работы шагового двигателя.В этом методе каждая фаза или статор, расположенные рядом друг с другом, будут активироваться одна за другой поочередно с использованием специальной схемы. Это намагничивает и размагничивает статор, что приводит к пошаговому движению ротора.

ПОЛНЫЙ ШАГ ПРИВОД:

В этом методе вместо активации статоров по одному активируются два статора с коротким промежутком времени между ними. В этом режиме будут активны любые два статора. Это означает, что первый статор включается, а второй статор будет включен через короткий промежуток времени, в то время как первый статор все еще включен.Этот метод приводит к высокому крутящему моменту и позволяет двигателю управлять высокой нагрузкой.

ПОЛУШАГОВОЙ ПРИВОД:

Этот метод очень похож на полный шаговый привод. Здесь два статора, расположенные рядом друг с другом, будут активированы первыми, а третий статор будет активирован следующим; эти два статора деактивируются. Этот цикл активации сначала двух статоров, а затем одного статора повторяется для приведения в действие шагового двигателя. Этот метод приводит к увеличению разрешающей способности двигателя при уменьшении крутящего момента.

МИКРОШАГ:

Изображение предоставлено: www.wikipedia.org

Это наиболее часто используемый метод вождения из-за его точности. Схема драйвера подает переменный ступенчатый ток на катушки статора в форме синусоидального сигнала. Эти крошечные ступенчатые токи плавно повышают точность каждого шага. Этот метод широко используется, поскольку обеспечивает высокую точность и в значительной степени снижает рабочий шум.

ВИДОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ:

Существуют разные типы шаговых двигателей, которые различаются по сложности конструкции и работы.В этом уроке мы увидим некоторые из основных типов и их конструкцию.

ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ:

В этом двигателе постоянный магнит используется в качестве ротора и электромагнитных статоров вокруг него. Это двигатель, который мы видели в примерах выше. Здесь статор будет намагничен и размагничен для перемещения ротора и приведения двигателя во вращение.

ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПЕРЕМЕННОЙ РЕГУЛЯТОРОМ:

Этот двигатель построен с использованием ферромагнитного ротора и электромагнитного статора с обмоткой катушки для их намагничивания.Здесь у ротора будет несколько выступов, также называемых зубьями, которые будут действовать как магнитные полюса. Этот шаговый двигатель работает на основе магнитного сопротивления, поэтому и получил свое название. Когда ток проходит через полюс статора, он намагничивает и притягивает выступающие полюса ротора таким образом, чтобы расстояние между ними было минимальным и полностью совмещенным. Схема привода будет продолжать намагничивать статоры, приводя ротор во вращение.

ГИБРИДНЫЙ СИНХРОННЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ:

Изображение предоставлено: www.wikiforu.com

Это комбинация двух вышеперечисленных двигателей шагового двигателя с постоянным и регулируемым сопротивлением. Этот двигатель состоит из зубчатого ротора с постоянными магнитами, как и в шаговых двигателях с постоянными магнитами, с набором северных и южных полюсов. Также, как и в регулируемом реактивном двигателе, у статоров есть зубцы. Некоторые зубья статора будут совмещены с зубьями ротора, в то время как другие не будут совмещены друг с другом. Когда статор намагничивается путем подачи на него тока, магнитный поток заставляет ротор двигаться на один шаг.Наличие зубьев как в статоре, так и в роторе изменяет магнитный поток и приводит двигатель в действие ступенчато, как задумано.

Гибридный синхронный двигатель наиболее популярен благодаря высокому крутящему моменту и разрешающей способности. Такие режимы вождения, как полушаг, могут даже увеличить разрешающую способность этого мотора. В то время как полный шаг или микрошаг можно использовать для увеличения крутящего момента, точности и плавности работы. Гибридный двигатель является наиболее популярным из-за преимуществ, которые он имеет, но имеет высокую стоимость из-за своей сложной конструкции.

ХАРАКТЕРИСТИКИ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ:

Это некоторые из важных характеристик, которые необходимо искать в шаговом двигателе.

Разрешение
Угол поворота
Рабочее напряжение
Крутящий момент
Скорость

Здесь вы можете найти более подробное объяснение важных характеристик шагового двигателя.

ПРИМЕНЕНИЕ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ:

Принтеры
Станки с ЧПУ
3D принтеры
Лазер и оптика
Промышленное оборудование

Надеюсь, это руководство дало вам отличное понимание того, что такое шаговый двигатель, его конструкция, работа и типы.Ознакомьтесь с другими электронными учебниками на нашем веб-сайте. Если у вас есть какие-либо вопросы или отзывы, опубликуйте их в поле для комментариев ниже. Подпишитесь на нашу новостную рассылку и следите за нами в социальных сетях, чтобы получать больше уроков, схем и проектов.

: основы и принцип работы

Основы шагового двигателя
Что такое шаговый двигатель? Шаговый двигатель – это исполнительный механизм, преобразующий электрический импульс в угловое смещение. Обычно при получении импульсного сигнала шаговый двигатель будет вращаться на фиксированный угол (а именно «угол шага») в соответствии с направлением, заданным для шагового двигателя.Объем углового смещения можно контролировать, контролируя количество импульсов для достижения цели точного позиционирования. Между тем, скорость вращения и ускорение двигателя можно контролировать, регулируя частоту импульсов для достижения цели управления скоростью.

Принцип работы шагового двигателя
Как работает шаговый двигатель? Ротор шагового двигателя представляет собой постоянный магнит, когда ток течет через обмотку статора, обмотка статора создает векторное магнитное поле.Магнитное поле заставляет ротор вращаться на угол, так что пара магнитных полей ротора и направление магнитного поля статора согласованы. Когда векторное магнитное поле статора поворачивается на угол, ротор также вращается вместе с магнитным полем на угол. Каждый раз, когда подается электрический импульс, двигатель вращается еще на один градус. Выходное угловое смещение пропорционально количеству входных импульсов, а скорость пропорциональна частоте импульсов.Измените порядок мощности намотки, двигатель будет реверсивным. Следовательно, он может управлять вращением шагового двигателя, контролируя количество импульсов, частоту и электрическую последовательность каждой фазной обмотки двигателя.

Типы шаговых двигателей
Шаговые двигатели делятся на три типа: шаговые двигатели с постоянными магнитами (PM), шаговые двигатели с переменным сопротивлением (VR) и гибридные шаговые двигатели (HB).

Шаговый двигатель с постоянными магнитами обычно двухфазный, с небольшим крутящим моментом и малым объемом; его ступенчатый угол обычно равен 7.5 ° или 15 °.
VR обычно трехфазный, может быть реализован высокий крутящий момент; угол шага обычно составляет 1,5, но шум и вибрация велики; Магнитная цепь ротора шагового двигателя VR изготовлена из магнитомягких материалов. На роторе имеется многофазная обмотка возбуждения. Крутящий момент создается за счет изменения магнитной проводимости.
HB, показывающий смешение преимуществ PM и VR, делится на 2-фазный, 3-фазный и 5-фазный.Угол шага для 2-фазной схемы обычно составляет 1,8 °, для 3-фазной схемы – 1,2 ° и для 5-фазной схемы – 0,72 °. В основном это широко применяется.

Выбор шагового двигателя

Угол шага: необходимо выбрать угол шага двигателя в соответствии с требованиями точности нагрузки. Наименьший коэффициент разрешения нагрузки обычно преобразуется в вал двигателя, обратите внимание на угол для каждого коэффициента разрешения, а угол шага двигателя должен быть равен или меньше этого угла.Как правило, шаговый угол 2-фазного двигателя составляет 0,9 ° / 1,8 °, 3-фазного двигателя – 1,2 °, а 5-фазного – 0,36 ° / 0,72 °. 2-фазный шаговый двигатель ATO имеет угол шага 1,8 градуса, а 3-фазный шаговый двигатель – угол шага 1,2 градуса.
Статический крутящий момент: выберите статический крутящий момент в соответствии с нагрузкой двигателя, при этом нагрузку можно разделить на инерционную и фрикционную. При прямом запуске двигателя (обычно с низкой скорости на высокую) следует учитывать два вида нагрузки. При запуске двигателя с ускорением учитывайте инерционную нагрузку; когда двигатель вращается с постоянной скоростью, учитывайте только фрикционную нагрузку.Как правило, статический крутящий момент должен быть в пределах 2-3-кратной нагрузки трения.
Ток: Что касается двигателей с одинаковым статическим крутящим моментом, их характеристики движения сильно различаются из-за разницы в текущих параметрах. О величине тока можно судить по графику характеристической кривой крутящего момента и частоты.

Если вы ищете шаговый двигатель Nema 17, шаговый двигатель Nema 23, шаговый двигатель Nema 34, сайт ATO.com – лучший выбор для вас.

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ, ОБЗОР КОНТРОЛЛЕРА ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ И ИНФОРМАЦИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО МНОГООСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ

имеют три режима работы – полный, половинный и микрошаговый – а выходная мощность шагового двигателя определяется конструкцией драйвера.

Полный шаг

Типичные гибридные шаговые двигатели сочетают в себе сильные стороны двигателей с переменным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами. Обычно они имеют двести зубцов ротора, т.е.е. двести полных шагов на каждый оборот вала двигателя (или одна целая восемь десятых градуса на шаг). Работа в режиме полного шага достигается за счет подачи питания на обе обмотки двигателя при попеременном реверсировании тока. Один импульс от генератора шагового двигателя равен одному шагу.

Полушаг

В полушаговом режиме шаговый двигатель вращается с частотой четыреста шагов за каждый оборот. Одна обмотка запитывается за другой, что заставляет двигатель вращаться наполовину (точка девять градусов).Хотя полушаговый режим обеспечивает более плавное вращение, чем полный шаг, он обеспечивает примерно на тридцать процентов меньше крутящего момента.

Microstep

Микрошаговый режим делит каждый шаг на двести пятьдесят шесть дискретных микрошагов, что позволяет сделать пятьдесят одну тысячу двести шагов на каждый оборот (ноль ноль семь градусов на шаг). Микрошаг обычно используется в ситуациях, когда требуется высокоточное позиционирование и плавное движение в более широком диапазоне скоростей.Как и в случае с полушагом, микрошаг улучшает управление движением за счет снижения крутящего момента.

Обмотки шагового двигателя соединены последовательно или параллельно: последовательные соединения обеспечивают больший крутящий момент на низких скоростях, в то время как параллельные соединения снижают индуктивность, обеспечивая больший крутящий момент на более высоких скоростях. Зависимость крутящего момента шагового двигателя от его скорости зависит от выходного напряжения драйвера. Электропривод должен быть ограничен по току относительно номинального значения шагового двигателя, поскольку выходная мощность драйвера может быть в двадцать раз выше, чем напряжение двигателя.

Контроллеры шаговых двигателей

Контроллер (или индексатор) шагового двигателя обеспечивает вывод шагов и направления для водителя, и для большинства функций шагового двигателя контроллер должен регулировать ускорение, замедление, количество шагов в секунду и расстояние. Кроме того, контроллер шагового двигателя может получать различные высокоуровневые команды от хоста и генерировать соответствующие импульсы шага и направления для драйвера. Контроллер шагового двигателя также может работать независимо (т.е. без хозяина).

Многоосевой

Многокоординатные системы управления движением используются, когда используется более одного шагового двигателя. Обычная многоосная система может быть подключена к четырем шаговым приводам, каждый из которых подключен к собственному шаговому двигателю. Эта многоосная втулка обеспечивает скоординированное движение в ситуациях, когда требуется максимальная синхронизация (например, круговая или линейная интерполяция).

Принципы работы двухфазных шаговых двигателей

Двигатели преобразуют электрическую энергию в механическую.Шаговый двигатель преобразует электрические импульсы в определенные вращательные движения. Движение, создаваемое каждым импульсом, является точным и повторяемым, поэтому шаговые двигатели так эффективны для приложений позиционирования. Шаговые двигатели с постоянными магнитами
содержат ротор с постоянными магнитами, обмотки катушек и магнитопроводящие статоры. Подача энергии на обмотку катушки создает электромагнитное поле с северным и южным полюсами. Статор несет магнитное поле. Магнитное поле может быть изменено путем последовательного включения или «пошагового воздействия» на катушки статора, которые создают вращательное движение.На схеме ниже показана типичная последовательность шагов для двухфазного двигателя. На этапе 1 фаза A двухфазной статор находится под напряжением. Это магнитно блокирует ротор в показанном положении, поскольку в отличие от притяжения полюсов, когда фаза A выключена, а фаза B включена, ротор вращается на 90 по часовой стрелке. На этапе 3 включается фаза B, но с изменением полярности по сравнению с этапом 1 это вызывает еще один поворот на 90 °. На этапе 4 фаза A отключается, а фаза B включается, с полярностью, обратной по сравнению с этапом 2.Повторение этой последовательности заставляет ротор вращаться по часовой стрелке на 90 шагов.
Пошаговая последовательность, показанная на рисунке 1, называется «однофазным включением». Более распространенным методом пошагового переключения является «двухфазное включение», когда обе фазы двигателя всегда находятся под напряжением. Однако одновременно переключается только полярность одной фазы. При двухфазном шаге ротор выравнивается между «средним» северным и «средним» южным магнитными полюсами. Поскольку обе фазы всегда включены, этот метод дает примерно на 40% больше крутящего момента, чем «однофазный» шаг.
Электродвигатель также может быть “наполовину ступенчатым”, вставив выключенное состояние между переходными фазами. Это сокращает полный угол шага шагового двигателя вдвое. Например, шаговый двигатель на 90 градусов будет перемещаться на 45 за каждый полшаг. Однако половинный шаг обычно приводит к потере крутящего момента на 20-30% в зависимости от скорости шага по сравнению с двухфазной последовательностью шагов. Поскольку одна из обмоток не находится под напряжением во время каждого переменного полушага, на ротор действует меньшая электромагнитная сила. что приводит к чистой потере крутящего момента.

Теория шагового двигателя

При правильном применении линейные приводы марки Haydon ™ обеспечивают до 20 миллионов циклов, а роторные двигатели Haydon обеспечивают до 25 000 часов работы. В конечном итоге усталость двигателя и итоговый срок службы определяются индивидуальным применением каждого клиента. Следующие ниже определения важны для понимания моторной жизни и усталости.

Непрерывный режим: Запуск двигателя при номинальном напряжении.

25% рабочий цикл: Запуск двигателя при удвоенном номинальном напряжении на левом / правом приводе. Двигатель работает примерно 25% времени. Мощность двигателя примерно на 60% больше, чем при номинальном напряжении. Обратите внимание, рабочий цикл не связан с нагрузкой на двигатель.

Срок службы: Срок службы линейного привода – это количество циклов, в течение которых двигатель может перемещаться при заданной нагрузке и сохранять точность шага. Срок службы роторного двигателя – это количество часов работы.

Один цикл: Цикл линейного привода состоит из выдвижения и возврата в исходное положение.

Есть несколько общих рекомендаций, которые можно использовать для выбора подходящего двигателя и обеспечения максимального срока службы. В конечном счете, для определения характеристик шагового двигателя в данной системе лучше всего провести испытания окончательной сборки в «полевых условиях» или в условиях, которые очень близки к этим условиям.

Поскольку у шагового двигателя нет щеток, которые должны изнашиваться, его срок службы обычно намного превышает срок службы других механических компонентов системы.Если шаговый двигатель все же выходит из строя, вероятно, будут задействованы определенные компоненты. Подшипники и интерфейс ходовой винт / гайка (в линейных приводах) обычно являются первыми компонентами, которые испытывают усталость. Требуемый крутящий момент или тяга, а также условия эксплуатации являются факторами, влияющими на эти компоненты двигателя.

Если двигатель работает с номинальным крутящим моментом или тягой или близкими к нему, это может сказаться на сроке службы. Тестирование Haydon Kerk Motion Solutions показало, что срок службы двигателя экспоненциально увеличивается при снижении рабочих нагрузок.В общем, двигатели должны быть спроектированы таким образом, чтобы они работали с нагрузкой от 40% до 60% от их максимальной допустимой нагрузки. Факторы окружающей среды, такие как высокая влажность, воздействие агрессивных химикатов, чрезмерная грязь / мусор и тепло, влияют на срок службы двигателя. Механические факторы в сборке, такие как боковая нагрузка на вал для линейных приводов или неуравновешенная нагрузка при вращении, также могут отрицательно сказаться на сроке службы.

Если двигатель используется с уменьшенным рабочим циклом и на двигатель подается избыточное напряжение, время включения должно быть таким, чтобы не превышалось максимальное повышение температуры двигателя.Если у двигателя недостаточно времени «выключено», будет выделяться слишком много тепла, что приведет к перегреву обмоток и, в конечном итоге, к выходу из строя.

Правильное проектирование системы, минимизирующее эти факторы, обеспечит максимальный срок службы двигателя. Первым шагом к увеличению срока службы является выбор двигателя с коэффициентом безопасности два или больше. Второй шаг – обеспечение механической прочности системы за счет минимизации боковых нагрузок, несбалансированных нагрузок и ударных нагрузок. Система также должна рассеивать тепло.Поток воздуха вокруг двигателя или крепления, обеспечивающий некоторый отвод тепла, является типичным средством отвода тепла. Если в системе присутствуют агрессивные химикаты, двигатель и все другие компоненты необходимо защитить. Наконец, тестирование двигателя и сборки в «полевых условиях» позволит убедиться в пригодности к применению.

Если следовать этим простым рекомендациям, прямоходные приводы Haydon ™ обеспечивают надежную работу в широком диапазоне приложений. Если вам нужна помощь в проектировании, инженеры Haydon Kerk могут помочь вам добиться максимального срока службы и производительности наших двигателей.

Шаговый двигатель: основы, типы и работа

Что такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель или шаговый двигатель – это бесщеточный синхронный двигатель, который делит полный оборот на несколько ступеней. В отличие от бесщеточного двигателя постоянного тока, который непрерывно вращается при приложении к нему фиксированного напряжения постоянного тока, шаговый двигатель вращается с дискретными ступенчатыми углами. Шаговые двигатели , следовательно, производятся с шагом на оборот 12, 24, 72, 144, 180 и 200, что дает углы шага 30, 15, 5, 2.5, 2 и 1,8 градуса на шаг. Шаговым двигателем можно управлять с обратной связью или без нее.

Рис.1: Изображение обычно используемого бесщеточного шагового двигателя постоянного тока

Как работает шаговый двигатель?

Рис. 2: Общий обзор внутренней структуры и работы типичного шагового двигателя

Типы шаговых двигателей

По конструкции шаговые двигатели делятся на три основных класса:

1.Шаговый двигатель с постоянным магнитом

2. Шаговый двигатель с регулируемым сопротивлением

3. Гибридный шаговый двигатель

Эти три типа подробно описаны в следующих разделах.

Type1: постоянный магнит

1. Шаговый двигатель с постоянным магнитом :

Полюса ротора и статора шагового двигателя с постоянным магнитом не имеют зубцов. Вместо этого ротор имеет альтернативные северный и южный полюса, параллельные оси вала ротора.

Рис. 3: Схема двухфазного постоянного шагового двигателя в разрезе

Когда статор находится под напряжением, он развивает электромагнитные полюса. Магнитный ротор выравнивается по магнитному полю статора. Затем другой статор активируется в последовательности, так что ротор перемещается и выравнивается с новым магнитным полем. Таким образом, при подаче питания на статоры в фиксированной последовательности шаговый двигатель вращается на фиксированные углы.

Фиг.4: Схема, поясняющая работу шагового двигателя с постоянным магнитом

Разрешающая способность шагового двигателя с постоянным магнитом может быть увеличена путем увеличения числа полюсов в роторе или увеличения числа фаз.

Рис. 5: На рисунке показаны способы увеличения разрешения шагового двигателя с постоянным магнитом

Type2: переменное сопротивление

2. Шаговый двигатель с переменным сопротивлением :

Шаговый двигатель с регулируемым сопротивлением имеет зубчатый ротор из немагнитного мягкого железа.Когда катушка статора находится под напряжением, ротор перемещается, чтобы иметь минимальный зазор между статором и его зубьями.

Рис.6: Принципиальная схема двухфазного шагового двигателя с переменным сопротивлением

Зубья ротора спроектированы таким образом, что при выравнивании с одним статором они смещаются со следующим статором. Теперь, когда следующий статор находится под напряжением, ротор перемещается, чтобы выровнять свои зубья со следующим статором. Таким образом, включение статоров в фиксированной последовательности завершает вращение шагового двигателя.

Рис. 7: Схема, поясняющая работу шагового двигателя с переменным сопротивлением

Разрешение шагового двигателя с переменным сопротивлением можно увеличить, увеличив количество зубцов в роторе и увеличив количество фаз.

Рис. 8: На рисунке показаны способы увеличения разрешения шагового двигателя с переменным сопротивлением

Type3: Гибрид

3. Гибридный шаговый :

Гибридный шаговый двигатель представляет собой комбинацию постоянного магнита и переменного магнитного сопротивления. Он имеет ротор с магнитными зубьями, который лучше направляет магнитный поток в предпочтительное место в воздушном зазоре.

Рис. 9: Конструкция двухфазного гибридного двигателя

Рис. 10: Схема, показывающая внутреннюю структуру магнитного ротора в гибридном двигателе

Гибридный двигатель вращается по тому же принципу, последовательно запитывая катушки статора.

Рис. 11: Схема, поясняющая работу гибридного шагового двигателя

Типы проводки

Типы обмоток и выводов

Шаговые двигатели в основном двухфазные.Они могут быть однополярными или биполярными. В униполярном шаговом двигателе по две обмотки на фазу. Две обмотки на полюс могут иметь один общий вывод, то есть с отводом по центру. У униполярного двигателя пять, шесть или восемь выводов. В конструкциях, где два общих полюса разделены, но имеют отводы по центру, двигатель имеет шесть выводов. Если центральные отводы двух полюсов внутри короткие, у двигателя пять выводов. Униполярный восьмиполюсный двигатель обеспечивает последовательное и параллельное соединение, тогда как пяти- и шестиполюсные двигатели имеют последовательное соединение обмоток статора.Униполярный двигатель упрощает работу, поскольку при работе с ними нет необходимости реверсировать ток в цепи управления. Их также называют бифилярными двигателями.

Рис. 12: Схема подключения униполярного шагового двигателя с разными выводами

В биполярном шаговом двигателе одна обмотка на полюс. Направление тока должно быть изменено схемой управления, чтобы схема управления биполярным шаговым двигателем стала сложной.Их еще называют унифилярными двигателями.

Рис.13: Схема электрических соединений биполярного шагового двигателя с выводами

Шаговые режимы

Существует три тактовых режима шагового двигателя. Шаговый режим относится к последовательности, в которой катушки статора находятся под напряжением.

1. Волновой привод (одна фаза включена одновременно)

2. Полный привод (одновременное включение двух фаз)

3.Полупривод (одновременное включение одной и двух фаз)

1. Волновой привод :

В пошаговом режиме волнового привода одновременно запитывается только одна фаза.

Рис.14: Схема пошагового режима волнового привода в шаговом двигателе

2. Полный привод :

При полном приводе одновременно запитаны две фазы.

Рис.15: Схема шагового режима полного привода в шаговом двигателе

3. Полупривод :

В полуприводе поочередно запитываются одна и две фазы. Это увеличивает разрешающую способность двигателя.

Рис.16: Схема тактового режима половинного привода в шаговом двигателе

Работа шагового двигателя: Шаговые двигатели. Принцип работы и управление

Шаговые двигатели. Принцип работы и управление

Принцип работы шагового двигателя – ООО «СЗЭМО Электродвигатель»

Как работает шаговый электродвигатель

Виды шаговых двигателей

Подключение шагового двигателя

Шаговый Двигатель – Принцип Работы для Чайников

Как работает шаговый двигатель с переменным магнитным сопротивлением

Как работает гибридный шаговый двигатель

Шаговый двигатель – принцип работы, применение, виды, характеристики, особенности, конструкции

Принципы действия биполярных и униполярных шаговых двигателей

Виды шаговых двигателей

Особенности управления

Основные достоинства

Основные недостатки

Характеристики

Сфера применения

Шаговый двигатель принцип работы

Преимущества и недостатки шагового электродвигателя

Описание и принцип работы

Конструкция и управление шаговым двигателем

Устройство шагового электродвигателя

Принцип работы шагового электродвигателя

Преимущества и недостатки

Область применения шагового электродвигателя

Разновидности приспособления

Прибор с переменными магнитами

Гибридные модели

Двухфазные моторы

Другие типы устройств

Шаговая частота вращения и частота импульсов

принцип действия, виды, режимы работы

Принцип действия шаговых двигателей, разновидности

Режимы работы шаговых двигателей

Шаговые двигатели на постоянном магните

Гибридные синхронные двигатели

Вентильные шаговые двигатели

Шаговые двигатели Лавета

Параметры шаговых двигателей

Разновидности драйверов шаговых двигателей

Что такое шаговый двигатель, и зачем он нужен?

Что такое шаговый двигатель, и зачем он нужен?

Что такое шаговый двигатель? Типы, конструкция, работа и применение

Шаговый двигатель: работа, конструкция, типы и способы привода

КОНСТРУКЦИЯ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ:

УНИПОЛЯРНЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ:

БИПОЛЯРНЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ:

ПРИВОД ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ:

РЕЖИМ ОДНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ:

ПОЛНЫЙ ШАГ ПРИВОД:

ПОЛУШАГОВОЙ ПРИВОД:

МИКРОШАГ:

ВИДОВ СТРОИТЕЛЬНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ:

ПОСТОЯННЫЙ МАГНИТ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ:

ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С ПЕРЕМЕННОЙ РЕГУЛЯТОРОМ:

ГИБРИДНЫЙ СИНХРОННЫЙ ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ:

ХАРАКТЕРИСТИКИ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ:

ПРИМЕНЕНИЕ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ:

: основы и принцип работы

РЕЖИМЫ РАБОТЫ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ, ОБЗОР КОНТРОЛЛЕРА ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ И ИНФОРМАЦИЯ ОТНОСИТЕЛЬНО МНОГООСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВИЖЕНИЕМ

Принципы работы двухфазных шаговых двигателей

Теория шагового двигателя

Шаговый двигатель: основы, типы и работа

Type1: постоянный магнит

Type2: переменное сопротивление

Type3: Гибрид

Типы проводки

Больше новостей

Добавить комментарий Отменить ответ