Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Что такое шаговый двигатель и зачем он нужен


Что такое шаговый двигатель, и зачем он нужен?

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 и как он работает

От простого DVD-плеера или принтера в вашем доме до сложнейшего станка с ЧПУ или роботизированного манипулятора шаговые двигатели можно найти практически везде. Благодаря своей способности совершать точные движения с электронным управлением эти двигатели находят применение во многих сферах, таких как камеры наблюдения, жесткий диск, станки с ЧПУ, 3D-принтеры, робототехника, сборочные роботы, лазерные резаки и многое другое. В этой статье мы узнаем, что делает эти моторы особенными, и теорию, стоящую за ними.Мы узнаем, как использовать один для вашего приложения.

Введение в шаговые двигатели

Как и все двигатели, шаговые двигатели также имеют статор и ротор , но в отличие от обычного двигателя постоянного тока, статор состоит из отдельных наборов катушек. Количество катушек будет отличаться в зависимости от типа шагового двигателя , но пока просто поймите, что в шаговом двигателе ротор состоит из металлических полюсов, и каждый полюс будет притягиваться набором катушек в статоре.На приведенной ниже схеме показан шаговый двигатель с 8 полюсами статора и 6 полюсами ротора.

Если вы посмотрите на катушки на статоре, они расположены в виде пар катушек, как A и A 'образуют пару B, а B' образуют пару и так далее. Таким образом, каждая из этой пары катушек образует электромагнит, и они могут быть запитаны индивидуально с помощью схемы драйвера. Когда на катушку подается напряжение, она действует как магнит, и полюс ротора выравнивается по отношению к ней, а когда ротор вращается, чтобы приспособиться к статору, он называется одним шагом .Точно так же путем последовательного включения катушек мы можем вращать двигатель небольшими шагами, чтобы совершить полный оборот.

Типы шаговых двигателей

Существуют в основном три типа шаговых двигателей в зависимости от конструкции:

  • Шаговый двигатель с переменным сопротивлением: Они имеют ротор с железным сердечником, который притягивается к полюсам статора и обеспечивает движение при минимальном сопротивлении между статором и ротором.
  • Шаговый двигатель с постоянными магнитами: Они имеют ротор с постоянными магнитами и отталкиваются или притягиваются к статору в соответствии с приложенными импульсами.
  • Гибридный синхронный шаговый двигатель: Они представляют собой комбинацию переменного реактивного сопротивления и шагового двигателя с постоянными магнитами.

Помимо этого, мы также можем классифицировать шаговые двигатели как Униполярные и Биполярные в зависимости от типа обмотки статора.

  • Биполярный шаговый двигатель: Катушки статора на этом типе двигателя не имеют общего провода. Управление этим типом шагового двигателя отличается и является сложным, и также невозможно легко разработать схему управления без микроконтроллера.
  • Униполярный шаговый двигатель: В этом типе шагового двигателя мы можем взять центральное ответвление обеих фазных обмоток для общего заземления или для общей мощности, как показано ниже. Это облегчает управление двигателями, в униполярном шаговом двигателе также много типов

Режимы работы в шаговом двигателе

Поскольку статор ступенчатой ​​моды состоит из разных пар катушек, каждая пара катушек может возбуждаться разными способами, что позволяет модам работать во многих разных режимах.Ниже приведены широкие классификации

Full Step Mode

В режиме полного шага возбуждения мы можем добиться полного вращения на 360 ° с минимальным количеством оборотов (шагов). Но это приводит к меньшей инерции, а также вращение не будет плавным. Есть еще две классификации в режиме полного пошагового возбуждения: , однофазное пошаговое включение и два фазовых режима, .

1. Один пошаговый пошаговый или волновой пошаговый: В этом режиме только одна клемма (фаза) двигателя будет включена в любой момент времени.Это имеет меньшее количество шагов и, следовательно, может обеспечить полный поворот на 360 °. Поскольку число шагов меньше, ток, потребляемый этим методом, также очень низок. В следующей таблице приведена последовательность шаговых волн для 4-фазного шагового двигателя

Step Фаза 1 Фаза 2 Фаза 3 Фаза 4
1 1 0 0 0
2 0 1 0 0
3 0 0 1 0
4 0 0 0 1

2.Двухэтапное пошаговое включение: Как следует из названия в этом методе, две фазы будут одной. Он имеет то же количество шагов, что и волновой шаг, но поскольку две катушки находятся под напряжением одновременно, он может обеспечить лучший крутящий момент и скорость по сравнению с предыдущим методом. Хотя одним из недостатков является то, что этот метод также потребляет больше энергии.

Step Фаза 1 Фаза 2 Фаза 3 Фаза 4

1

1

1

0

0

2

0 1 1 0
3 0 0 1 1
4 1 0 0 1

полушаговый режим

Режим полушагового режима представляет собой комбинацию однофазного и двухфазного режимов.Эта комбинация поможет нам преодолеть вышеупомянутый недостаток обоих режимов.

Как вы уже догадались, так как мы объединяем оба метода, нам нужно выполнить 8-шаговых в этом методе, чтобы получить полный оборот. Последовательность переключения для 4-фазного шагового двигателя показана ниже

Шаг

Фаза 1

Фаза 2

Фаза 3

Фаза 4

1

1

0

0

0

2

1

1

0

0

3

0

1

0

0

4

0

1

1

0

5

0

0

1

1

6

0

0

0

1

7

1

0

0

1

8

1

0

0

0

Micro Step Mode

Микрошаговый режим является комплексным из всех, но он предлагает очень хорошую точность наряду с хорошим крутящим моментом и плавной работой.В этом методе катушка будет возбуждена двумя синусоидальными волнами, которые находятся на расстоянии 90 °. Таким образом, мы можем контролировать как направление, так и амплитуду тока, протекающего через катушку, что помогает нам увеличить количество шагов, которые двигатель должен сделать за один полный оборот. Микропереступление может занять до 256 шагов, чтобы сделать один полный оборот, что делает двигатель вращаться быстрее и плавнее.

Как использовать шаговый двигатель

Достаточно скучной теории, давайте предположим, что кто-то дает вам шаговый двигатель, например, знаменитый 28-BYJ48, и вам действительно интересно, как он работает.К этому времени вы бы поняли, что невозможно заставить эти двигатели вращаться, просто запитав их от источника питания, так как бы вы это сделали?

Давайте посмотрим на этот 28-BYJ48 шаговый двигатель .

Итак, в отличие от обычного двигателя постоянного тока, у него пять проводов всех причудливых цветов, и почему это так? Чтобы понять это, мы должны сначала узнать, как работает степпер, о котором мы уже говорили. Прежде всего, шаговые двигатели не вращают , они ступенчатые, поэтому их также называют шаговыми двигателями .Это означает, что они будут двигаться только один шаг за раз. Эти двигатели имеют последовательность катушек, присутствующих в них, и эти катушки должны быть включены определенным образом, чтобы двигатель вращался. Когда каждая катушка находится под напряжением, двигатель делает шаг, и последовательность активирования заставит двигатель делать непрерывные шаги, заставляя его вращаться. Давайте посмотрим на катушки внутри двигателя, чтобы точно знать, откуда эти провода.

Как вы можете видеть, двигатель имеет однополюсных 5-выводных катушек .Есть четыре катушки, которые должны быть включены в определенной последовательности. На красные провода подается напряжение +5 В, а остальные четыре провода будут заземлены для запуска соответствующей катушки. Мы используем любой микроконтроллер для подачи питания на эти катушки в определенной последовательности и заставить двигатель выполнять необходимое количество шагов. Опять же, есть много последовательностей, которые вы можете использовать, обычно используется , 4-ступенчатый , а для более точного управления также можно использовать 8-ступенчатый, , . Таблица последовательности для 4-ступенчатого управления показана ниже.

Шаг

Катушка под напряжением

Шаг 1

А и В

Шаг 2

B и C

Шаг 3

C и D

Шаг 4

D и A

Итак, почему этот двигатель называется 28-BYJ48 ? Шутки в сторону!!! Я не знаю.Для этого мотора нет никаких технических оснований называться так; может быть, мы не должны углубляться в это. Давайте посмотрим на некоторые важные технические данные, полученные из таблицы данных этого двигателя на рисунке ниже.

Это голова, полная информации, но нам нужно взглянуть на несколько важных, чтобы знать, какой тип степпера мы используем, чтобы мы могли эффективно его программировать. Сначала мы знаем, что это шаговый двигатель 5В, так как мы подаем на красный провод напряжение 5В.Кроме того, мы также знаем, что это четырехфазный шаговый двигатель, поскольку в нем было четыре катушки. Теперь передаточное число составляет 1:64. Это означает, что вал, который вы видите снаружи, совершит один полный оборот, только если двигатель внутри будет вращаться 64 раза. Это происходит из-за зубчатых колес, которые соединены между двигателем и выходным валом, эти зубчатые колеса помогают увеличить крутящий момент.

Другие важные данные, на которые следует обратить внимание, это угол шага : 5,625 ° / 64. Это означает, что двигатель при работе в 8-ступенчатой ​​последовательности будет двигаться 5.625 градусов для каждого шага, и для выполнения одного полного поворота потребуется 64 шага (5,625 * 64 = 360).

Расчет шагов за оборот для шагового двигателя

Важно знать, как рассчитать число шагов на оборот для вашего шагового двигателя, потому что только тогда вы сможете эффективно его программировать / управлять.

Предположим, что мы будем работать с двигателем в 4-х ступенчатой ​​последовательности, поэтому угол шага будет 11,25 °, так как он равен 5,625 ° (приведено в таблице) для 8-ступенчатой ​​последовательности, это будет 11.25 ° (5,625 * 2 = 11,25).

  шагов на оборот = 360 / угол шага   Здесь 360 / 11,25 = 32 шага за оборот.  

Зачем нам нужны модули драйверов для шаговых двигателей?

Большинство шаговых двигателей будут работать только с помощью модуля привода. Это связано с тем, что модуль контроллера (микроконтроллер / цифровая схема) не сможет обеспечить достаточный ток от своих выводов ввода / вывода для работы двигателя. Поэтому мы будем использовать внешний модуль, такой как ULN2003, модуль , в качестве драйвера шагового двигателя .Существует много типов модулей драйвера, и номинальная мощность одного из них будет изменяться в зависимости от типа используемого двигателя. Основным принципом для всех модулей привода будет источник / приемник достаточного тока для работы двигателя. Кроме того, существуют также модули драйверов, в которых заранее запрограммирована логика, но мы не будем обсуждать это здесь.

Если вам интересно узнать, как вращать шаговый двигатель с помощью микроконтроллера и ИС драйвера, то мы рассмотрели много статей о его работе с различными микроконтроллерами:

Теперь я считаю, что у вас достаточно информации для управления любым шаговым двигателем, который вам необходим для вашего проекта.Давайте посмотрим на преимущества и недостатки шаговых двигателей.

Преимущества шаговых двигателей

Одним из основных преимуществ шагового двигателя является то, что он имеет превосходный контроль положения и, следовательно, может использоваться для точного управления. Кроме того, он обладает очень хорошим удерживающим моментом, что делает его идеальным выбором для робототехники. Считается, что шаговые двигатели имеют более длительный срок службы, чем обычный двигатель постоянного тока или серводвигатель.

Недостатки шаговых двигателей

Как и все двигатели, шаговые двигатели также имеют свои недостатки, так как они вращаются, делая маленькие шаги, и не могут достичь высоких скоростей.Кроме того, он потребляет энергию для удержания крутящего момента, даже когда он идеален, что увеличивает потребление энергии.

,

Stepper Motors - все, что нужно знать о шаговых двигателях

Мощные возможности высоконадежных шаговых двигателей

Шаговые двигатели часто ошибочно принимают за меньшие серводвигатели, но на самом деле они очень надежны, как и серводвигатели. Двигатель работает путем точной синхронизации с импульсным сигналом, выводимым от контроллера к водителю, обеспечивая высокоточное позиционирование и управление скоростью.Шаговые двигатели характеризуются высоким крутящим моментом и низкой вибрацией на низких скоростях, идеально подходят для приложений, требующих быстрого позиционирования на коротком расстоянии.

Все, что нужно знать о шаговых двигателях

«Шаговые двигатели? Серводвигатели должны иметь лучшую производительность». Это типичный ответ на вопрос о шаговых двигателях. Очевидно, что существует серьезное заблуждение относительно шаговых двигателей. Фактически, шаговые двигатели использовались в различных типах приложений, таких как современное оборудование и доступные автоматизированные инструменты.Причины, по которым шаговые двигатели постоянно выбираются, объясняются в этой статье. Некоторые читатели могут сказать, что никогда раньше не видели шаговый двигатель. Шаговые двигатели используются во многих приложениях и отраслях промышленности в качестве решения для двигателей систем привода, требующих высокой точности управления, таких как автоматизация производства (FA), производственное оборудование для полупроводников, FPD и солнечные панели, медицинские приборы, аналитические инструменты, прецизионные каскады, финансовые системы, машины для упаковки пищевых продуктов и настройки диафрагмы для камер.

Почему вы используете шаговый двигатель?

Легко использовать: 34%
Недорого: 17%
Простые операции: 16%
Нет необходимости в настройке: 12%
Другое: 21%
* Количество опрошенных: 258 (допускается несколько ответов) / исследовано Oriental Motor

Ключевые моменты: простота использования, простота в эксплуатации и низкая стоимость

Согласно опросу пользователей шаговых двигателей, многие предпочитают шаговые двигатели за их «простоту использования», «простоту эксплуатации» и «низкую стоимость», обусловленные структурой и конфигурацией системы.Имеет смысл, что многие пользователи находят такие положительные аспекты в шаговых двигателях благодаря простой структуре и конфигурации системы. Однако некоторые читатели могут скептически относиться к фактическим характеристикам двигателя с точки зрения его точности и крутящего момента. Нелегко полностью понять всю идею, если нет примеров сравнения с другими двигателями управления, такими как серводвигатели. Зная характеристики и используя различные подходы, основанные на требуемых операциях, шаговые двигатели, безусловно, могут снизить стоимость оборудования.Характеристики и техническая информация о шаговых двигателях описаны ниже:

Впечатляет «Точность остановки». Быстро движется в диапазоне низких / средних скоростей

Шаговые двигатели

имеют замечательную точность остановки, и возможно точное управление с разомкнутым контуром. Например, при использовании серии RK II для позиционирования вращающегося стола точность его остановки находится в пределах ± 0,05 ° (без нагрузки). Поскольку ошибки положения остановки не накапливаются между шагами, позиционирование с высокой точностью возможно.Конструкция шагового двигателя, которая не требует энкодера, обеспечивает простую систему привода и низкую стоимость.

Точка 1
Фантастическая Точность Остановки

Например, при преобразовании точности остановки ± 0,05 ° шагового двигателя в шарико-винтовой механизм:

Условия эксплуатации:
• Двигатель: RK II Series

• Шариковый винт: 10 мм

Точность остановки: ± 1,4 мкм

Как правило, точность типа шарового винта заземления составляет ± 10 мкм.При использовании шарикового винтового типа его точность снижается до ± 20 мкм, что указывает на то, что точность остановки шагового двигателя намного выше, чем у шариковых винтов.

Высокий крутящий момент в диапазоне низких / средних скоростей - еще одна отличительная особенность шаговых двигателей. Одной из основных характеристик серводвигателей является создание плоского крутящего момента от средних до высоких скоростей. Серводвигатели подходят для длинноходных операций (много оборотов). С другой стороны, характеристики крутящего момента шаговых двигателей не являются плоскими.Кривая крутящего момента в диапазоне низких / средних скоростей имеет тенденцию становиться очень высокой, в то время как в диапазоне высоких скоростей она становится очень низкой. Помимо стабильных вращений в диапазоне низких скоростей, с которыми сталкиваются серводвигатели, шаговые двигатели могут предлагать высокий крутящий момент в требуемом диапазоне скоростей для короткоходовых операций (меньше вращений), поэтому они подходят для выбора желаемого угла шага для многократного вращения. столы и медленные приложения. Это происходит из-за короткого времени позиционирования для работы с коротким ходом, поэтому двигатель замедляется и останавливается до достижения максимальной скорости.Другими словами, скоростные характеристики обычно не требуются.

Высокая отзывчивость и отличная синхронизация

Третья замечательная особенность шаговых двигателей - отзывчивость. Управляющий элемент с разомкнутым контуром, который отправляет односторонние команды на двигатель, имеет высокий механизм отслеживания команд. В то время как серводвигатели, которые ждут обратной связи от энкодера, как правило, имеют «задержки» с командами, шаговые двигатели работают синхронно с импульсом. Поэтому «задержек» очень мало, что приводит к отличному отклику.По этой причине шаговые двигатели подходят для применений, требующих синхронной работы нескольких двигателей. Одним из примеров является приложение для перемещения досок, для которого требуются два конвейера, с одним установленным двигателем, соответственно, для переноса плат между двумя конвейерами.

Point 2
Отличный диапазон низких / средних скоростей!

Пример: Крутящий момент на раме двигателя размером 85 мм эквивалентен номинальному крутящему моменту сервомотора 400 Вт при скорости 1000 об / мин.

Крутящий момент в еще более низком диапазоне скоростей может быть в 5 раз выше.Для короткого позиционирования важно иметь высокий крутящий момент в диапазоне низких / средних скоростей.

балл 3
Высокая отзывчивость!

Подходящих приложений

Помимо применения с медленной подачей с частым пуском и остановом, шаговые двигатели подходят для позиционирования процессоров проверки изображения, которые не любят вибраций, кулачковых приводов, которые трудно регулировать с помощью серводвигателей, и механизмов с низкой жесткостью, таких как ременный привод.Кроме того, стоимость значительно снижается за счет замены шарико-винтовой передачи на ременную передачу.

Преимущество отличных возможностей

Помимо снижения затрат, шаговые двигатели имеют много преимуществ с точки зрения производительности. Следующая таблица показывает преобразование крутящего момента примера серии RKII в типичные диапазоны мощности сервопривода. Далее представлена ​​подробная информация о шаговых двигателях, таких как базовая структура, система и примеры приложений, для получения дополнительной информации о шаговых двигателях.

Основы шаговых двигателей

Эксплуатация и структура

Шаговый двигатель вращается с фиксированным шагом, как секундная стрелка часов. Высокоточное позиционирование может быть выполнено с управлением по разомкнутому контуру благодаря механической структуре внутри двигателя.

Точное позиционирование (количество шагов)

Имея полный контроль вращения и скорости, простая структура шаговых двигателей достигается без использования электрических компонентов, таких как датчик в двигателе.По этой причине шаговые двигатели очень надежны и имеют высокую надежность при минимальном количестве отказов. Что касается точности остановки, то ± 0,05 ° (без кумулятивных ошибок шага) очень точный. Поскольку позиционирование шаговых двигателей осуществляется с помощью управления в разомкнутом контуре и управляется намагниченным статором и магнитным ротором с маленькими зубьями, шаговые двигатели имеют более высокий механизм контроля за командами, чем у серводвигателей. Также не происходит охоты при остановке шаговых двигателей. Они также превосходны в ременных передачах, которые имеют низкую жесткость.

Полезно для контроля скорости и контроля положения

Когда импульсы вводятся в драйвер через генератор импульсов, шаговые двигатели устанавливаются в соответствии с количеством входных импульсов. Базовый угол шага 5-фазных шаговых двигателей составляет 0,72 ° и 1,8 ° для 2-фазных шаговых двигателей. Скорость вращения шагового двигателя определяется частотой импульсов (Гц), задаваемой водителю, и можно свободно изменять вращение двигателя, просто меняя количество входных импульсов или частот для драйвера.Шаговые двигатели служат не только как двигатели контроля положения, но и как двигатели контроля скорости с высокой синхронизацией.

Степпер Моторс Использование:

• Высокочастотное, повторяющееся позиционирование с фиксированными углами шага
• Позиционирование, которое требует длительного времени остановки из-за регулировки ширины и т. Д.
• Колеблющиеся нагрузки и изменение жесткости
• Позиционирование, которое разделяет 1 цикл
• Валы двигателя, требующие синхронной работы

Операционная система

Простое управление без датчика или обратной связи

Поскольку можно выполнять точное позиционирование и управление положением при синхронизации с количеством командных импульсов и скоростью, нет необходимости в устройствах, таких как датчик, для позиционирования.Поэтому всю систему просто построить. Если расширенное управление, такое как операция интерполяции, не требуется, рекомендуется использовать драйвер типа функции встроенного контроллера. Стоимость снижается за счет исключения контроллеров, таких как генератор импульсов и модули позиционирования ПЛК.

Встроенный датчик типа замкнутого контура

Несмотря на то, что при управлении без обратной связи возможно точное позиционирование, что произойдет, если возникнет проблема? Чтобы избежать таких ловушек, можно использовать двигатель с энкодером или встроенный датчик с двигателем с обратной связью (серия AR).

Можно ли еще снизить стоимость?

Распространенной проблемой среди инженеров-конструкторов является снижение затрат. Неужели нет способа еще больше сократить расходы? Чтобы выяснить снижение затрат, с уточнениями спецификации, был проведен на основе шарико-винтового механизма. Ниже объясняются детали теста:

Миссия

Механизм линейного движения

1. Дальнейшее увеличение скорости
2. Дальнейшее снижение стоимости

Механизм: шариковый винт + серводвигатель Условия, такие как нагрузка, скорость и вывод, показанные справа, определяются на основе на серводвигатель крепится с помощью шариковых винтов и стальной пластины.

План

Замените механизм на ременный шкив
• Шариковый винт, если вы пытаетесь увеличить скорость => Ременный механизм может быть более подходящим => от 1000 мм / сек до 1500 мм / сек с ременным механизмом. Замените ремень, если нет проблем с точностью позиционирования. • Значительно снизить затраты, если возможен переход на ремень => Ремень недорогой, но его низкая жесткость может повлиять на стабильность работы серводвигателя даже при автоматической настройке.

Проблемы

1.Разница в точности остановки между винтом и ремнем ... Сколько требуется точность остановки?
2. Влияние низкой жесткости ... Влияние на время установления, избежание проблем с настройкой

• Повышение точности остановки с помощью винта. Нет проблем поменять на ремень? => Требуемая точность остановки приложения составляет ± 0,05 ~ 0,1 мм, что не так точно, как для винта. Поэтому все должно быть в порядке, чтобы заменить с ремнем.
• При переходе на ремень жесткость механизма снижается, поэтому движения серводвигателя становятся нестабильными.=> Среди позиционных двигателей шаговые двигатели не имеют встроенного датчика. По этой причине они не требуют регулировки и обладают высокой жесткостью. Их движения стабильны независимо от колебаний нагрузки. Если выходной сигнал одинаков, рассмотрите шаговые двигатели.

Оценка

Механизм: ременный шкив + двигатель: попробуйте с шаговым двигателем

• Переносная масса -> Макс. допустимая нагрузка 7 кг • Скорость движения -> Улучшено до 800 мм / с Двигатель => При переходе с шагового двигателя на серводвигатель снижается стоимость на 50%! Механизм => При переходе от шарико-винтовой передачи к ременному механизму снижается стоимость на 7%!

Результаты

Было много места для снижения затрат!
Проведя нулевой анализ механизма и выбор двигателя на основе характеристик, нам удалось повысить технические характеристики и снизить стоимость, даже если размер двигателя стал немного больше.В прошлом, выбор двигателя был сделан на основе простоты использования или знакомства. После этого упражнения стали очевидны различия в работе серводвигателей и шаговых двигателей. Было удивительно, что шаговые двигатели стали более доступными, чем ожидалось. Должно быть место для снижения стоимости других устройств, использующих этот метод. В этом упражнении было подтверждено, что ключевой является сбалансированный выбор между характеристиками двигателя и стоимостью, при этом максимально увеличивая характеристики двигателя.

Который имеет более высокую точность остановки - шаговый двигатель или серводвигатель?

Запрос клиента: Ищем двигатель с хорошей точностью остановки.Насколько велика разница между шаговыми двигателями и серводвигателями?

Допущение: Серводвигатель переменного тока серии NX оснащен 20-разрядным энкодером, поэтому он должен иметь точное разрешение и хорошую точность остановки.

Во-первых, необходимо прояснить разницу между разрешающей способностью и точностью остановки: Разрешающая способность - это число шагов на оборот, и оно также называется углом шага для шаговых двигателей. Это необходимо при рассмотрении того, насколько точным должно быть требуемое позиционирование.Точность остановки - это разница между фактическим положением остановки и теоретическим положением остановки.

Означает ли это, что серводвигатель переменного тока, оснащенный высокоточным энкодером, имеет более высокую точность остановки, чем шаговые двигатели?
Не совсем. В прошлом не было проблем с понятием «точность остановки серводвигателей равна разрешению энкодера в пределах ± 1 импульса». Однако современные серводвигатели оснащены 20-битным энкодером (1048 576 шагов), который имеет очень хорошее разрешение.Из-за этого ошибки, связанные с точностью установки энкодера, оказывают огромное влияние на точность остановки. Поэтому концепция точности остановки немного начала меняться.
Согласно сравнительным таблицам, точность остановки между шаговыми двигателями и серводвигателями переменного тока практически одинакова (± 0,02º ~ 0,03º). Точность зависит от механической точности двигателя для шаговых двигателей, поэтому, если положение остановки может быть выполнено на 7,2º, позиционирование всегда выполняется одним и тем же маленьким зубцом на роторе, в зависимости от конструкции двигателя.Это позволяет дополнительно повысить точность остановки.
Однако шаговые двигатели могут генерировать угол смещения в зависимости от значения крутящего момента нагрузки. Кроме того, в зависимости от состояния механизма, серводвигатели переменного тока могут иметь большую ширину поиска в ответ на регулировку усиления. По этим причинам требуется некоторая осторожность.

Сравнение точности остановки между шаговыми двигателями и серводвигателями переменного тока

,

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

Типы шаговых двигателей - их конструкция, эксплуатация и применение

Изобретение специальных карт привода 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, которые требуют точного управления скоростью или точного позиционирования или того и другого.

Как мы знаем, многие промышленные электродвигатели используются с управлением с обратной связью для обеспечения точного позиционирования или точного управления скоростью, с другой стороны, шаговый двигатель может работать на контроллере с разомкнутым контуром. Это, в свою очередь, снижает общую стоимость системы и упрощает конструкцию станка по сравнению с сервосистемой. Остановимся кратко на шаговом двигателе и его типах .

Что такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель представляет собой 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. Оно получает одно шаговое движение для одного импульсного входа.

Когда применяется последовательность импульсов, она поворачивается на определенный угол. Угол, на который вал шагового двигателя поворачивается 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 контролируется путем управления количеством импульсов.Эта уникальная особенность делает шаговый двигатель хорошо подходящим для системы управления с разомкнутым контуром, в которой точное положение вала поддерживается с точным количеством импульсов без использования датчика обратной связи.

Если угол шага меньше, чем больше будет количество шагов на оборот, и тем выше будет точность полученного положения. Углы шага могут составлять до 90 градусов и 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 (частоте входных импульсов) входных импульсов, подаваемых на обмотки возбуждения. Следовательно, если частота низкая, шаговый двигатель вращается ступенчато, а для высокой частоты он непрерывно вращается как двигатель постоянного тока из-за инерции.

Как и все электродвигатели, он имеет статор и ротор.Ротор - это подвижная часть, которая не имеет обмоток, щеток и коммутатора. Обычно роторы имеют либо переменное сопротивление, либо постоянный магнит. Статор часто состоит из многополюсных и многофазных обмоток, обычно из трех или четырехфазных обмоток, намотанных на необходимое количество полюсов, определяемое желаемым угловым смещением на входной импульс.

В отличие от других двигателей он работает на запрограммированных дискретных управляющих импульсах, 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 имеется несколько типов шаговых двигателей в широком диапазоне размеров, числа шагов, конструкций, проводки, зубчатой ​​передачи и других электрических характеристик. Поскольку эти двигатели способны работать в дискретном режиме, они хорошо подходят для взаимодействия с цифровыми устройствами управления, такими как компьютеры.

Благодаря точному контролю скорости, вращения, направления и углового положения они представляют особый интерес для систем управления производственными процессами, станков с ЧПУ, робототехники, систем автоматизации производства и контрольно-измерительных приборов.

Типы шаговых двигателей

Существуют три основные категории шаговых двигателей , а именно

  • Шаговый двигатель с постоянным магнитом
  • Шаговый двигатель с переменным сопротивлением
  • 9007 Гибридный шаговый двигатель

    0 Во всех этих двигателях обмотки возбуждения используются в статоре, где число обмоток относится к числу фаз.

    Напряжение постоянного тока подается в качестве возбуждения на катушки обмоток, и каждый вывод обмотки подключается к источнику через твердотельный переключатель. В зависимости от типа шагового двигателя его конструкция ротора состоит из ротора из мягкой стали с выступающими полюсами, цилиндрического ротора с постоянным магнитом и постоянного магнита с зубьями из мягкой стали. Давайте обсудим эти типы подробно.

    Шаговый двигатель с переменным сопротивлением

    Это шаговый двигатель базового типа, существующий в течение длительного времени и обеспечивающий самый простой способ понять принцип работы со структурной точки зрения.Как следует из названия, угловое положение ротора зависит от сопротивления магнитной цепи, образованной между полюсами статора (зубьями) и зубьями ротора.

    Шаговый двигатель с переменным сопротивлением
    Конструкция шагового двигателя с переменным сопротивлением

    Состоит из обмоточного статора и многозубого ротора из мягкого железа. Статор имеет пакет слоистых материалов из кремнистой стали, на которые намотаны обмотки статора. Обычно он наматывается на три фазы, которые распределены между парами полюсов.

    Количество полюсов на сформированном таким образом статоре равно четному кратному числу фаз, для которых обмотки на статоре намотаны. На рисунке ниже, статор имеет 12 одинаково расположенных выступающих полюсов, где каждый полюс намотан захватывающей катушкой. Эти три фазы питаются от источника постоянного тока с помощью твердотельных переключателей.

    Ротор не имеет обмоток и имеет выступающий тип полюса, изготовленный полностью из щелевых стальных пластин. Спроектированные зубцы полюса ротора имеют такую ​​же ширину, что и зубцы статора.Количество полюсов на статоре отличается от числа полюсов ротора, что обеспечивает возможность самостоятельного запуска и двунаправленного вращения двигателя.

    Соотношение полюсов ротора в терминах полюсов 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. 8-полюсный строительный ротор без какого-либо возбуждения показан ниже.

    Конструкция шагового двигателя с переменным сопротивлением
    Работа шагового двигателя с переменным сопротивлением

    Шаговый двигатель работает по принципу , согласно которому ротор выравнивается в определенной позиции с зубцами полюса возбуждения в магнитной цепи, где минимум Нежелание пути существует.Всякий раз, когда на двигатель подается мощность и, возбуждая определенную обмотку, он создает свое магнитное поле и развивает собственные магнитные полюса.

    Из-за остаточного магнетизма в полюсах магнита ротора он заставит ротор двигаться в таком положении, чтобы достигнуть минимальной позиции сопротивления, и, следовательно, один набор полюсов ротора совмещается с активным набором полюсов статора. В этом положении ось магнитного поля статора совпадает с осью, проходящей через любые два магнитных полюса ротора.

    Когда ротор совмещается с полюсами статора, он обладает достаточной магнитной силой, чтобы удержать вал от перемещения в следующую позицию, либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки.

    Рассмотрим принципиальную схему 3-фазного, 6 полюсов статора и 4 зубьев ротора, показанного 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.

    Благодаря силе притяжения катушка статора Северный полюс притягивает ближайший зубец ротора противоположной полярности, то есть Южный и Южный полюс притягивает ближайший зубец ротора противоположной полярности, то есть север. Затем ротор настраивается в положение минимального сопротивления, где магнитная ось ротора точно совпадает с магнитной осью статора.

    Работа шагового двигателя с переменным сопротивлением

    Когда на фазу B-B 'подается питание с помощью замыкающего переключателя -2, а фаза A-A' остается обесточенной при размыкании выключателя-1, обмотка B-B 'создает магнитный поток. и, следовательно, магнитная ось статора смещается вдоль образованных им полюсов.Следовательно, ротор с намагниченными зубьями статора перемещается с наименьшим нежеланием и вращается на 30 градусов в направлении по часовой стрелке.

    .

    Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020