0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шаговый двигатель что это такое где при

Особенности конструкций шаговых двигателей

Математическое описание шагового двигателя

где KT – число тактов двигателя; mY – число обмоток управления; n1=1 –при симметричной системе коммутации; n1=2 – при несимметричной системе коммутации;n2=1 – при однополярной коммутации; n2=2 – при двуполярной коммутации; αш – величина углового шага; ZP – число зубцов ротора; fK – суммарный угол поворота.

В шаговых двигателях с постоянными магнитами (ШД-ПМ) в качестве роторовиспользуются постоянные магниты. Особенность ШД-ПМ состоит в том, что ротор в конце такта движения приходит в фиксированное положение даже при снятии питания с обмотки статора. Такое положение ротора называют положением фиксации.

Из рассмотренного принципа действия ШД следует, что чем меньше шаг, тем точнее можно отработать угол. Как видно из формулы (14.1), уменьшение шага требует увеличения числа полюсов, что при неизмен-ном диаметре ротора ограничено технологическими возможностями и увеличением потока рассеяния между полюсами. Поэтому обычно принимают Zn = 4. 6, что ограничивает шаг несколькими десятками градусов.

Реактивные двигатели (ШД-Р) являются основным типом ШД, при-меняемых в настоящее время. Для пояснения конструкции ШД-Р рас-смотрим поперечное сечение трехфазного двигателя (рис.14.3,а), статор которого имеет шесть зубцов. Каждые два зубца статора, распо-ложенных на 180° друг от друга, принадлежат одной фазе. Катушки фаз могут подсоединяться параллельно или последовательно; на рис.14.3, бони соединены последовательно. Ротор имеет четыре зубца. Статор и ротор обычно изготавливаются из шихтованного магнито-мягкого мате-риала, обладающего высокой магнитной проницаемостью. При соеди-нении обмоток, которое показано на схеме, зубцы I, II, IIIприналичии питания образуют северный магнитный полюс, а зубцы I’, II’, III’ – южный.

При подключении катушки фазы (рис.14.3,а) образуется магнитный поток и ротор устанавливается в такое положение, что зубцы статора Iи I’ и еще какие-либо два зубца ротора располагаются по одной линии. В этой позиции магнитное сопротивление минимально, что обеспечивает устойчивое положение равновесия.

Рис. 14.3. Поперечное сечение трехфазного реактивного ШД (а) и схема соединения обмоток (б): 1 – обмотка; 2 – статор; 3 – ротор

Процесс поворота ротора при отключении фазы 1 и включении фазы 2 показан на рис. 14.4 (а – возбуждена фаза 1; б – фаза 1 отключена, фаза 2 подключена (начало такта); в – положение ротора в конце шага, фаза 2 возбуждена). В дальнейшем фаза 2 отключается, а фаза 3 включается и т.д. Каждая коммутация приводит к повороту ротора на 30° в положительном направлении. После трех коммутаций ротор повернется на 90°. Число фаз т, зубцов ротора NT, а также количество шагов Sза один полный оборот ротора связаны соотношением

Для уменьшения шага увеличивают число зубцов. На рис. 14.5,а показано поперечное сечение трехфазного ШД-Р с числом зубцов статора NS = 12 и ротора Nr = 8, что вдвое больше, чем у конструкции, приведенной на рис. 2.92. Это дает S = 3 х х 8 = 24 и угол шага α = 2л/24 = 15°. Четырехфазный ШД-Р, имеющий NS = 8 и NT = 6, показан на рис.14.5,б. Для четырехфазного ШД-Р, имеющегоNS = 16 и Nr = 12, угол шага .

Для уменьшения шага двигателя требуется увеличение числа зубцов ротора и статора, хотя последнее не входит непосредственно в формулу (14.3). Из рассмотренных рисунков следует, что увеличение Ns и Nr встречает технологические трудности. Стремление уменьшить угол шага привело к конструкции реактивного редукторного ШД (РШД) (рис.14.6), где обмотка располагается вокруг больших выступающих частей, называемых полюсами. Полюс статора имеет два или более зубцов, которые намагничиваются в одном направлении.

Рис. 14.4. Процесс поворота ротора на один шаг при отключении фазы 1 и включении фазы 2

Рис. 14.5. Трехфазный ШД-Р при числе зубцов статора Ns = 12,

ротора N, = 8 (а) и Ns = 8, Nr= 6 (б)

Каждая обмотка управления (фаза) располагается на диаметрально противоположных полюсах статора (1 – 1′, 2 – 2′, 3 – 3′, 4 – 4′). Ротор РШД имеет также зубцовую структуру. Зубцовые деления стато­ра и рото-ра равны. Шаг и число зубцов на роторе и полюсах статора выбираются так, чтобы между зубцами ротора и зубцамиполюса, который в данный момент не возбужден, имел место сдвиг на 1/4 и зубцового шага, т.е. на 1/4 для рис. 14.6. Тогда для двух оставшихся полюсов сдвиг будет составлять соответственно 2/4 и 3/4 зубцового шага тГГ – часть окружности, занимаемая зубцом и пазом).

При возбужденной обмотке I на первом такте коммутации зубцы статора и ротора располагаются на одной оси (рис.14.7,а). Момент Мравен нулю, ротор неподвижен. При возбуждении обмотки 2 (рис.14.7,б) вектор магнитного потока Ф поворачивается на 45°, магнитные силовые линии деформируются и появляется момент М,под действием которого ротор поворачивается на угол, равный 1/4 зубцового деления. В конце этого процесса ротор займет положение, при котором зубцы располагаются на одной линии (рис.14.7,в). Затем возбуждается фаза 3 и т.д.

Рис.14.6. Конструкция реактивного редукторного ШД

Процесс поворота ротора при переключении тока с обмотки 1 на обмотку 2 показан на рис. 14.7.

Рис. 14.7. Пояснение принципа действия реактивного редукторного ШД:

а – фаза 1 включена;б – фаза 1 отключена, фаза 2 включена (начало такта);в – фаза 2 включена (конец такта)

Шаг угла поворота ротора вычисляется по формуле α = 2n/(mNr). За полный цикл коммутации ротор поворачивается на одно зубцовое деление 2it/NT,а отношение электрического шага к механическому составит α = N:/Zn.

Некоторые примеры конструктивных параметров РШД: т = 3, NT = 14; т = 3, Nr = 44; т = 4, iVr = 50.

Рассмотренные ШД имеют однопакетную конструкцию. Даль-нейшее уменьшение шага поворота ротора возможно в многопакетной (каскадной) конструкции ШД, в которых секции статоров развернуты относительно друг друга на часть зубцового деления. Чередование коммутации по фазам и секциям дает возможность уменьшить дискрет-ность в г раз (г – число самостоятельных секций – пакетов).

Индукторные ШД (ШД-И) отличаются от реактивных тем, что в них применяется подмагничивание ротора (электро­магнитное или постоян-ными магнитами). Постоянный поток подмагничивания возбуждается со стороны статора или ротора. Такие двигатели называют также гибридными, поскольку в них используются принципы как реактивного двигателя, так и двигателя с постоянными магнитами. По сравнению с ШД-Р индукторные ШД при одинаковом шаге обеспечивают большее значение синхронизирующего момента, в результате чего улучшаются энергетические и динамические характеристики. Существуют также гибридные двигатели с постоянными магнитами на статоре, принцип работы которых не отличается от рассмотренных.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Шаговый двигатель что это такое где при

Прописаный

Группа: CNC-Magic friends
Сообщений: 1623
Регистрация: 25.1.2007
Из: Northern Ireland
Пользователь №: 88

Шаговый мотор — один из наиболее распространненых приводов хоббийных и простых профессиональных систем с ЧПУ.
Прелесть шагового двигателя в том что сигналы управления с достаточной точностью преобразуются в механическое движение, не требуя обратной связи (слежения за положением ротора, либо каретки)


По сути шаговый двигатель представляет собой синхронный электрический двигатель — ротор вращается синхронно магнитному полю статора.

Обычно шаговые двигатели выполняются с достаточно большим количеством полюсов ротора и статора, что позволяет получить большое количество шагов — устойчивых положений на оборот. Шаг в данном случае, будет означать угловое перемещение ротора при подаче на него одного цикла управляющих импульсов.
Обычными являются моторы с 200шаг/об или более точные 400шаг/об

Рассмотрим следущие характеристики моторов:
а) Момент
б) Падение момента на высоких оборотах и обратную ЭДС
в) Полношаговый, микрошаговый режим

а) Момент шагового мотора практически линейно зависит от тока в обмотках (именно поэтому для шаговых моторов указывают ток, а не мощность) это связанно с законом Ампера, согласно которому сила действующая на проводник с током пропорциональна току, напряженности магнитного поля и синусу угла между ними. Так как ротор намагничен на заводе и напряженность магнитного поля конечна и неизменна, а синус равен единице — значит момент зависит только от тока.

Читать еще:  Форд фокус что означает неисправность двигателя

б) Падение момента на высоких оборотах.
Если взять стандартный 200шагов/об двигатель, раскрутить от нуля до 900об/м и сравнить его с обычным синхронным инраннером, то аналогичный диаппазон оборотов будет порядка от нуля до 180 000об/м.
Шаговый мотор работает в очень напряженных условиях и должен сохранять гарантированный момент во всем диаппазоне!
Это означает следущее:
Так как синхронный мотор с постоянными магнитами можно рассматривать и как мотор и как генератор, Обратная ЭДС данного мотора будет противодействовать вынуждающей ЭДС которую мы к мотору прикладываем.
Генерируемая обратная ЭДС практически линейно увеличивается с оборотами что означает:
Если вращая мотор с частотой 300об/м мы получим напряжение на обмотках 10вольт, то подавая на такой мотор импульсы с напряжением 10 вольт мы не сможем вращать его быстрее 300об/м. Эффективное напряжение вычисляемое как разность прикладываемого напряжения и обратной ЭДС станет равным нулю, ток через обмотки станет равным нулю и момент станет равным нулю не будет дальнейшего ускорения как бы нам ни хотелось.

Для того чтобы сохранить момент на более высоких оборотах — необходимо увеличивать напряжение питания мотора пропорционально частоте вращения. Коэффициент данного увеличения индивидуален для каждого мотора и в хороших драйверах может устанавливаться при помощи соответствующих подстроечников либо в еще более лучших — программно.
Поддерживая ток через обмотки постоянным во всем диаппазоне оборотов получим постоянный момент.

в) Полношаговый микрошаговый режимы.
Первоначальные схемы управления использовали импульсный режим, когда на каждый шаг подавался соответствующий импульс на обмотку, такой режим управления называется полношаговый и минусы его заключаются в неоптимально режиме работы мотора повышенном шуме и вибрации и возможном пропуске шагов (перескакивании ротора через шаг, или пропуске одного из шагов).
Для более плавной и надежной работы необходимо чтобы вместо прямоугольных использовались синусоидальные, или близкие к синусоидальным импульсы. Для этого используется более сложная техника включающая цифроаналоговые преобразователи и/или ШИМ. Микрошаговый режим означает что каждому микрошагу соответствует определенная таблица значений токов через обмотки — симулирующая ступенчатую синусоиду. Это позволяет бороться с вибрациями, улучшает момент на более высоких оборотах, помогает избавиться от резонансов и пропуска шагов.

Современными шаговыми моторами на данный момент являются гибридные шаговые моторы, другие типы и остатки типа ДШИ200 — отживают свое и обладают в целом в три раза худшими характеристиками чем обычные фуллинговские китайские движки.

Характеристики китайских и японских моторов в целом достаточно близки, и без разницы что брать, главное чтобы тип мотора был — гибридный.
Момент и мощность моторов практически полностью зависят от размера, форсировать ничего не получится, попытки выдавить из 10кг*см мотора 20кг*см приведут к перегреву и размагничиванию ротора, мотор придет в негодность. Он уже форсирован выше крыши. обычно NEMA23 — моторы с 56мм фланцем делятся на следущие категории:
42мм — 6-7кг*см
56мм — 10кг*см
72мм — 18-20кг*см

Плохие драйвера обеспечат вас сносным моментом на оборотах до 400-600об/м в зависимости от напряжения питания — это все что основано на ТА8435, А3977 а также большинство из доступных микроконтроллерных решений.
Хорошие — сохранят момент вплоть до 900об/м, но дальше — чудес не будет

При максимальных оборотах у мотора останется порядка 30-40% от его первоначально указанного момента, и данный режим используется исключительно для холостых перемещений.

Многие моторы имеют 8 выводов для каждой полуобмотки в отдельности — это позволяет подключить мотор с последовательно соединенными обмотками либо параллельно. При параллельно соединенных обмотках вам потребуется драйвер на в два раза больший ток чем при последовательно, но будет достаточно в два раза меньшего напряжения. При последовательном — наоборот — для достижения номинального момента потребуется в два раза меньше ток, но для достижения максимальных оборотов — в два раза большее напряжение. В целом все равно как подключите, просто в одном варианте мотор будет скоростней при том же напряжении.

Обычно не столь распространены, в силу большей стоимости и более сложной системой управления.
Тем не менее они обладают более лучшими характеристиками, например — трехфазные моторы.
Они имеют более гладкие зоны резонанса, у них меньше падает момент с ростом оборотов, имеют больше шагов на оборот.
Пока на рынке не появились доступные решения с трехфазниками — обсуждать их тут не вижу смысла.


Системы ЧПУ с шаговыми моторами строятся на базе избыточности характеристик.
Т.е. момент мотора должен в любом случае быть в два три раза выше требуемого момента для перемещения.
Нужно учитывать возможные заедания механических деталей и т.п.
Лучше взять заведомо лучшую систему ЧПУ и при необходимости переместить ее на следущий станок, чем построить слабую базу, впоследствии негодную ни под что.
Расчеты мощностей мотора ведите по следущим формулам,
односантиметровый рычаг опишет окружность длиной 6,28см
если за один оборот механическая система передвинется на 4мм (скажем ШВП с 4мм шагом) то это означает коэффициент редукции 62,8мм/4мм=15,7
При использовании 10кг*см мотора это означает 157кг усилия на нуле оборотов и примерно 50кг усилия при максимальных.
Для трапецеидальных винтов все значительно хуже, потому как там будет участвовать коэффициент трения, который зависит от самого усилия. Для этого придется брать в полтора два раза более мощный мотор чем для ШВП.

Как видите на 3-4кг*см моторах ничего толком не построить, потому как потребуется уменьшать шаг, а на максимальных оборотах момент упадет до 1-1,5кг*см и станут возможны пропуски шагов. Тут придется либо использовать строительные шпильки не более 6мм в диаметре с гайками с люфтом либо ограничиваться абсолютно черепашьими скоростями и размерами обрабатываемых деталей не более 200мм.

Сообщение отредактировал constantine — 29.9.2010, 14:38

Шаговые двигатели и моторы Ардуино 28BYJ-48 с драйвером ULN2003

В этой статье мы поговорим о шаговых двигателях в проектах Ардуино на примере очень популярной модели 28BYJ-48. Так же как и сервоприводы, шаговые моторы являются крайне важным элементом автоматизированных систем и робототехники. Их можно найти во многих устройствах рядом: от CD-привода до 3D-принтера или робота-манипулятора. В этой статье вы найдете описание схемы работы шаговых двигателей, пример подключения к Arduino с помощью драйверов на базе ULN2003 и примеры скетчей с использованием стандартной библиотеки Stepper.

Шаговый двигатель – принцип работы

Шаговый двигатель – это мотор, перемещающий свой вал в зависимости от заданных в программе микроконтроллера шагов и направления. Подобные устройства чаще всего используются в робототехнике, принтерах, манипуляторах, различных станках и прочих электронных приборах. Большим преимуществом шаговых двигателей над двигателями постоянного вращения является обеспечение точного углового позиционирования ротора. Также в шаговых двигателях имеется возможность быстрого старта, остановки, реверса.

Шаговый двигатель обеспечивает вращения ротора на заданный угол при соответствующем управляющем сигнале. Благодаря этому можно контролировать положение узлов механизмов и выходить в заданную позицию. Работа двигателя осуществляется следующим образом – в центральном вале имеется ряд магнитов и несколько катушек. При подаче питания создается магнитное поле, которое воздействует на магниты и заставляет вал вращаться. Такие параметры как угол поворота (шаги), направление движения задаются в программе для микроконтроллера.

Читать еще:  Что за двигатель экобуст мондео

Упрощенные анимированные схемы работы шагового двигателя

Основные виды шаговых моторов:

  • Двигатели с переменными магнитами (применяются довольно редко);
  • Двигатели с постоянными магнитами;
  • Гибридные двигатели (более сложные в изготовлении, стоят дороже, но являются самым распространенным видом шаговых двигателей).

Где купить шаговый двигатель

Самые простые двигатели Варианты на сайте AliExpress:

Драйвер для управления шаговым двигателем

Драйвер – это устройство, которое связывает контроллер и шаговый двигатель. Для управления биполярным шаговым двигателем чаще всего используется драйверы L298N и ULN2003.

Работа двигателя в биполярном режиме имеет несколько преимуществ:

  • Увеличение крутящего момента на 40% по сравнению с униполярными двигателями;
  • Возможность применения двигателей с любой конфигурацией фазной обмотки.

Но существенным минусов в биполярном режиме является сложность самого драйвера. Драйвер униполярного привода требует всего 4 транзисторных ключа, для обеспечения работы драйвера биполярного привода требуется более сложная схема. С каждой обмоткой отдельно нужно проводить различные действия – подключение к источнику питания, отключение. Для такой коммутации используется схема-мост с четырьмя ключами.

Драйвер шагового двигателя на базе L298N

Этот мостовой драйвер управляет двигателем с током до 2 А и питанием до 46В. Модуль на основе драйвера L298N состоит из микросхемы L298N, системы охлаждения, клеммных колодок, разъемов для подключения сигналов, стабилизатора напряжения и защитных диодов.

Драйвер двигателя L298N

Драйвер шагового двигателя ULN2003

Шаговые двигателями с модулями драйверов на базе ULN2003 – частые гости в мастерских Ардуино благодаря своей дешевизне и доступности. Как правило, за это приходится платить не очень высокой надежностью и точностью.

Другие драйвера

Существует другой вид драйверов – STEP/DIR драйверы. Это аппаратные модули, которые работают по протоколу STEP/DIR для связи с микроконтроллером. STEP/DIR драйверы расширяют возможности:

  • Они позволяют стабилизировать фазные токи;
  • Возможность установки микрошагового режима;
  • Обеспечение защиты ключа от замыкания;
  • Защита от перегрева;
  • Оптоизоляция сигнала управления, высокая защищенность от помех.

В STEP/DIR драйверах используется 3 сигнала:

  • STEP – импульс, который инициирует поворот на шаг/часть шага в зависимости от режима. От частоты следования импульсов будет определяться скорость вращения двигателя.
  • DIR – сигнал, который задает направление вращения. Обычно при подаче высокого сигнала производится вращение по часовой стрелке. Этот тип сигнала формируется перед импульсом STEP.
  • ENABLE – разрешение/запрет работы драйвера. С помощью этого сигнала можно остановить работу двигателя в режиме без тока удержания.

Одним из самых недорогих STEP/DIR драйверов является модуль TB6560-V2. Этот драйвер обеспечивает все необходимые функции и режимы.

Подключение шагового двигателя к Ардуино

Подключение будет рассмотрено на примере униполярного двигателя 28BYj-48 и драйверов L298 и ULN2003. В качестве платы будет использоваться Arduino Uno.

Подключение шагового двигателя к Ардуино

Еще один вариант схемы с использованием L298:

Подключение шагового двигателя к Ардуино на базе L298

Схема подключения на базе ULN2003 изображена на рисунке ниже. Управляющие выходы с драйвера IN1-IN4 подключаются к любым цифровым контактам на Ардуино. В данном случае используются цифровые контакты 8-11. Питание подключается к 5В. Также для двигателя желательно использовать отдельный источник питания, чтобы не перегрелась плата Ардуино.

Подключение шагового двигателя к Ардуино

Принципиальная схема подключения.

Принципиальная схема подключения шагового двигателя

Еще одна схема подключения биполярного шагового двигателя Nema17 через драйвер L298 выглядит следующим образом.

Обзор основных моделей шаговых двигателей для ардуино

Nema 17 – биполярный шаговый двигатель, который чаще всего используется в 3D принтерах и ЧПУ станках. Серия 170хHSхххА мотора является универсальной.

Основные характеристики двигателя:

  • Угловой шаг 1,8°, то есть на 1 оборот приходится 200 шагов;
  • Двигатель – двухфазный;
  • Рабочие температуры от -20С до 85С;
  • Номинальный ток 1,7А;
  • Момент удержания 2,8 кг х см;
  • Оснащен фланцем 42 мм для легкого и качественного монтажа;
  • Высокий крутящий момент – 5,5 кг х см.

28BYJ-48 – униполярный шаговый двигатель. Используется в небольших проектах роботов, сервоприводных устройствах, радиоуправляемых приборах.

  • Номинальное питание – 5В;
  • 4-х фазный двигатель, 5 проводов;
  • Число шагов: 64;
  • Угол шага 5,625°;
  • Скорость вращения: 15 оборотов в секунду
  • Крутящий момент 450 г/сантиметр;
  • Сопротивление постоянного тока 50Ω ± 7% (25 ℃).

Описание библиотеки для работы с шаговым двигателем

В среде разработки Ардуино IDE существует стандартная библиотека Strepper.h для написания программ шаговых двигателей. Основные функции в этой библиотеке:

  • Stepper(количество шагов, номера контактов). Эта функция создает объект Stepper, которая соответствует подключенному к плате Ардуино двигателю. Аргумент – контакты на плате, к которым подключается двигатель, и количество шагов, которые совершаются для полного оборота вокруг своей оси. Информацию о количестве шагов можно посмотреть в документации к мотору. Вместо количества шагов может быть указан угол, который составляет один шаг. Для определения числа шагов, нужно разделить 360 градусов на это число.
  • Set Speed(long rpms) – функция, в которой указывается скорость вращения. Аргументом является положительное целое число, в котором указано количество оборотов в минуту. Задается после функции Step().
  • Step(Steps) –поворот на указанное количество шагов. Аргументом может быть либо положительное число – поворот двигателя по часовой стрелке, либо отрицательное – против часовой стрелки.

Пример скетча для управления

В наборе примеров библиотеки Stepper.h существует программа stepper_oneRevolution, в которой задаются все параметры для шагового двигателя – количество шагов, скорость, поворот.

Заключение

В этой статье мы с вами узнали, что такое шаговый двигатель, как можно его подключить к ардуино, что такое драйвер шагового двигателя. Мы также рассмотрели пример написания скетча, использующего встроенную библиотеку Stepper. Как видим, ничего особенно сложного в работе с шаговыми моторами нет и мы рекомендуем вам обязательно поэкспериментировать самостоятельно и попробовать включить его в своих проектах Arduino.

Шаговые электродвигатели. Виды и работа. Особенности

Шаговые электродвигатели легко решают проблему точного позиционирования, не затратив больших средств. Моторы чаще применяются в роботах, станках с программным управлением. Рассмотрим устройство и действие двигателей.

Устройство

Шаговые электродвигатели являются двигателями переводящими электричество в механическое движение. Главным отличием его от других электромоторов в методе действия. Благодаря этому методу вал вращается. Моторы с шагом созданы для прерывистого вращения, этим они отличаются от других. Их вращение состоит из шагов, от этого получилось название.

Шаг является частью оборота вала мотора . Размер шага зависит от механической части двигателя и от метода управления. Шаговые двигатели подключаются к различным типам питания. В отличие от своих собратьев, шаговый мотор имеет управление импульсами, преобразующимися в градусы, а затем во вращение. Например, 2,2 0 шаговый мотор вращает вал на 2,2 0 при каждом поданном импульсе. Эта характеристика дает повод называть их цифровыми.

Метод действия

Обмотки в количестве 4-х штук стоят по кругу равномерно между собой на статоре. В зависимости от того, как подключены эти обмотки будет определяться тип шагового двигателя. В нашем случае обмотки разделены, мотор с шагом, углом поворота в 90 градусов. Обмотки подключены по кругу. Порядок подключения направление вращения двигателя с шагом. На рисунке видно, что вал вращается на 90 градусов в то время, как ток поступит в катушку, через 1 секунду.Стандартными составляющими шаговых двигателей являются ротор и статор. Ротор включает в себя сердечники, изготовленные из магнитов. Схематически дано изображение.

Режимы управления

При разной подаче тока на катушки вал двигателя вращается по-разному.

Волновое управление

Метод практически нами рассмотрен, волновое действие на катушку. Ток идет через одну катушку. Такой метод редко применяется, характерен пониженным потреблением энергии, дает возможность получения меньше 50% момента вращения двигателя. Большую нагрузку при таком управлении шаговые электродвигатели не выдержат. На один оборот вала приходится четыре шага.

Читать еще:  Что лучше для обогрева двигателя
Управление полным шагом

Широко применяемый метод — полношаговый. По этому способу напряжение питания на катушки подается попарно. От того, как подключены обмотки, двигателю необходим двойной ток. Электродвигатель при такой схеме выдаст 100% момента вращения по номиналу.

Полный оборот двигателя соответствует четырем шагам, число шагов по номинальному значению.

Режим полушага

Это оригинальный метод получения двойной точности позиционирования, не изменяя конструкцию двигателя. Чтобы работать по этому способу, подключают одновременно все имеющиеся пары. Ротор поворачивается на 0,5 шага. Такой способ имеет место при применении двух или одной катушки.

Режим с 1 обмоткой Режим с 2 обмотками

По этому способу один и тот же мотор может выдать шагов в 2 раза больше на один оборот. Это значит, что система позиционирования работает с двойной точностью. Наш мотор выдает восемь шагов на один оборот.

Микрошаговый режим

Смысл микрошага заключается в подаче на катушки двигателя напряжения питания сигнала определенной формы, похожей на синус, а не импульсов. При таком методе изменения положения дает возможность получения плавного перемещения.

Благодаря микрошаговому режиму шаговые электродвигатели широко применяются в позиционировании, в программно управляемых станках. Рывки деталей, работающих с двигателем, толчки самого механизма понижаются. В микрошаговом режиме двигатель вращается плавно, как моторы постоянного тока.

Конфигурация графика тока, проходящего по обмотке, сходна с синусоидой. В эксплуатации применяются цифровые сигналы. Их примеры показаны на рисунках.

Способ микрошага — подключение питания двигателя, не управления катушками.

Отсюда следует, что микрошаг применяется при волновом типе.

В микрошаговом типе шаги не увеличиваются, хотя визуально это представляется. Для увеличения точности механизма применяют шестерни с трапецеидальными зубьями, чтобы обеспечить плавный ход.

Типы моторов
Шаговые электродвигатели с постоянным магнитом

Ротор оборудован постоянным дисковым магнитом с несколькими полюсами. Действует по такому же принципу, как микрошаговый мотор. Катушки статора отталкивают и притягивают магнит, расположенный на роторе, образуя момент вращения.

Размер шага с постоянным магнитом находится в интервале от 45 до 90 градусов.

Шаговые электродвигатели с сопротивлением переменной величины

Ротор не имеет постоянных магнитов. Вместо них сердечник ротора производится из металла, похожего на диск с зубьями, или на шестерню. На статоре расположены обмотки в количестве более 4-х штук. Катушки подключаются в парах друг к другу.

Крутящий момент уменьшается, так как постоянные магниты отсутствуют. Однако, имеется положительная сторона — у шаговых моторов отсутствует момент стопорения. Стопорящий момент вращения создан постоянными магнитами, притягивающимися к корпусу статора при отключенном питании в катушках.

Можно просто определить, какой момент, если попробовать повернуть отсоединенный мотор. Сразу будут понятны ощутимые щелчки в двигателе при каждом шаге. Эти ощущения и будут являться моментом фиксации. Момент притягивает к себе магниты корпуса. На рисунке изображено действие мотора.

Шаг равен интервалу от 5 до 15 градусов.
Шаговый мотор гибридного типа

Шаговые электродвигатели называются «гибридными», потому что включают в себя разные типы характеристик. Они имеют хорошие моменты, малый размер шага, находящийся в интервале от 0,9 до 5 градусов. При этом он обеспечивает высокую точность.

Механическая конструкция вращается со значительными скоростями. Такие виды моторов применяются в станках с программным управлением, в роботах. Недостатком является высокая цена. Обыкновенный двигатель вместе с восьмью катушками.

Из-за невозможности изготовления магнита, нашли оригинальное решение. Взяли два диска с зубьями 50 штук, постоянный магнит. Приварили диски к полюсам. Получилось, что два диска имеют соответственно каждый полюс.

Оригинальность конструкции в том, что диски размещены так, что, смотря на них сверху, они похожи на один диск со 100 зубьями. Вершина зуба на одном диске совпадает со впадиной. На рисунке изображено действие гибридного мотора 75 шагов на один оборот. Шесть обмоток сделаны парами, которые имеют катушку на противоположных краях. Первая пара – это пара вверху и внизу обмотки, тогда 2-я пара смещена на угол 60+5 градусов от первой, а 3-я смещена на 65 градусов от второй.

Разница углов позволяет вращаться валу двигателя. Управляющие режимы применяются, как волновые для экономии электроэнергии.

Когда катушка задействована, имеется три положительных полюса в 5 градусов сзади, они притягиваются в сторону вращения, и три отрицательных полюса в 5 градусов впереди, толкают ротор в сторону вращения вала. Рабочая обмотка всегда расположена между отрицательным и положительным полюсами.

Схема подключения обмоток

Шаговые моторы принадлежат к моторам с несколькими фазами. Чем больше фаз, тем работа двигателя мягче, но и выше стоимость. Момент вращения не зависит от числа фаз. Большое применение получили двигатели с 2-мя фазами. Двигатели подключают тремя типами схем для 2-фазных шаговых моторов. Катушки соединены друг с другом, применено разное количество проводов для соединения двигателя с контроллером.

Биполярный двигатель

Это самая простая конструкция, применяется четыре провода для соединения мотора с контроллером. Катушки подключены параллельно или последовательно.

Параллельное или последовательное подключение

Двигатель имеет 4 контакта. Два желтых экрана подключают вертикальную катушку, два розовых – горизонтальную. Проблема в изменении полярности, можно изменить направление тока, драйвер станет сложнее.

Униполярный двигатель

Применяя общий провод, изменяют полюса магнитов. Если соединить общий провод с землей, один и другой вывод катушки к питанию, то полюса изменятся. Схема соединения двигателя биполярного типа простая для понимания, она обычно состоит из 2-х транзисторов на одну фазу.

Подключение с общим проводом

Недостаток – применение половины катушек, как при волновой управляемости электромотором. Момент вращения получается равным половине возможного значения. Униполярные электромоторы необходимо изготавливать по двойным размерам, для обеспечения сопоставимого момента. 1-полярный электромотор имеет возможность применяться в качестве биполярного мотора. Для этой цели необходимо провод отключить.

Униполярные шаговые электродвигатели имеют несколько вариантов подключения.

Общий провод соединен внутри

Шаговый мотор с 8-ю выводами
Это мотор с гибким подключением, обмотки оснащены выводами с обеих сторон. Можно подключать двигатель по любому методу:
  • Униполярный с 5 или 6 выводами.
  • Биполярный с последовательной схемой.
  • С параллельной схемой.
  • С малым током.

Подключение 4 обмоток

Шаговые электродвигатели Лавета

Моторы Лавета используются в электрических часах. Их конструкция сделана для эксплуатации с одним фазовым сигналом. Моторы Лавета обладают возможностью делать их конструкцию миниатюрной, применяются для исполнительной части часов ручного ношения. Этот тип моторов изобрел инженер Мариус Лавет . По его имени назвали тип шаговых двигателей.

Лавет – выпускник школы электрики изобрел двигатель, который дал ему известность во всем мире. Вид статора похож на статор электромотора с расщепленными полюсами. Имеется одна обмотка, полюса созданы витками с одним проводом из медной жилы толстого сечения, расположены на магнитном проводе, образуют необходимую фазу. Токи индукции образуют необходимый момент вращения.

Магнитное поле распространяется с задержкой, применяется для сдвига фаз, на прямой угол 90 градусов, чтобы имитировать напряжение из двух фаз. Конструкция ротора создана в виде постоянного магнита. Конструкции такого типа имеют широкую сферу применения в технике для быта (миксерах, блендерах). Моторы Лавета отличаются тем, что из-за зубцов вал стопорится с определенным шагом. Результатом этого возможно движение стрелки секунд. Разновидность двигателя Лавета не предназначена для реверсивной работы, как и большинство шаговых моторов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector