Кузовной ремонт автомобиля

 Покраска в камере, полировка

 Автозапчасти на заказ

Как запустить шаговый двигатель


Запуск шагового двигателя без электроники

У любого радиолюбителя часто скапливается не мало различной оргтехники, которая вышла из строя. Выбрасывать я её ни кто не решается, так как из ее внутренностей можно сделать что ни будь полезное или выпаять некоторые детали. К примеру: шаговый двигатель, который так распространен, обычно используется любителями самоделок как мини генератор для фонарика или для чего то ещё. Но я практически никогда не видел, чтобы его использовали именно как двигатель для преобразования электрической энергии в механическую. Это и понятно: для управления шаговым двигателем нужна электроника и его просто так к напряжению не подключишь.

Но оказывается что данное мнение является ошибочным. Шаговый двигатель от принтера или от другого устрой устройства, можно легко запустить от переменного тока.

Для эксперимента использовался вот такой шаговый двигатель:

 

Обычно у них четыре вывода и две обмотки, в большинстве случаев, но есть и другие конечно. В данном случае будет рассмотрен самый ходовой двигатель.

Схема шагового двигателя

Схема обмоток данного двигателя выглядит вот так:

 

Она очень похожа на схему обычного асинхронного двигателя.

Для запуска двигателя понадобится:

  • Электролитический конденсатор 470-3300 мкФ.
  • Источник переменного тока 12 Вольт.

Замыкаем обмотки последовательно, как на схеме ниже.

 

Середину проводов нужно скрутить и спаять.

 

Подключаем конденсатор одним выводом к середине обмоток, а вторым выводом к источнику питания на любой контакт. Фактически электролитический конденсатор будет параллелен одной из обмоток.

Подаем питание и двигатель начинает крутиться.

 

Если перекинуть вывод конденсатора с одного выхода питания на другой, то вал двигателя начнет вращаться в другую сторону.

 

Все достаточно просто. Принцип работы этой схемы очень прост: конденсатор формирует сдвиг фаз на одной из обмоток, в результате обмотки работают почти попеременно и шаговый двигатель крутится.

Единственные минус заключается в том, что обороты двигателя невозможно регулировать. Увеличение или уменьшение питающего напряжения ни к чему не приведет, так как обороты задаются частотой сети.

Хотелось бы добавить, что в данном примере используется конденсатор постоянного тока, что является не совсем правильным вариантом. И если вы решитесь использовать такую схему включения, берите конденсатор переменного тока. Его так же можно сделать самому, включив два конденсатора постоянного тока встречно-последовательно.

Сморите видео

 

Что такое шаговый двигатель и как он работает

От простого DVD-плеера или принтера в вашем доме до сложнейшего станка с ЧПУ или роботизированной руки - шаговые двигатели можно найти практически везде. Его способность совершать точные движения с электронным управлением позволила этим двигателям найти 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, нам не стоит 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.

,

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 - 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. 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 намотанного 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 минимального 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 совпадает с полюсами статора, он обладает достаточной магнитной силой, чтобы удержать вал от перемещения в следующее положение, 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.

    Когда на выключатель-3 подается напряжение после размыкания выключателя-2, фаза C-C ’находится под напряжением, зубья ротора совмещаются с новым положением, 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 может быть дополнительно уменьшен путем увеличения числа полюсов на статоре и роторе, в таких случаях двигатели часто наматываются с дополнительными фазовыми обмотками. Этого также можно достичь, приняв другую конструкцию шаговых двигателей , такую ​​как многоступенчатое устройство и механизм редуктора.

    Шаговый двигатель с постоянными магнитами

    Конструкция двигателя с постоянными магнитами является, пожалуй, наиболее распространенной среди нескольких типов шаговых двигателей.Как следует из названия, он добавляет постоянные магниты к конструкции двигателя. Этот тип шаговых двигателей также называют двигателем с накопителем или двигателем с жестяной банкой . Основным преимуществом этого мотора является его низкая себестоимость. Этот тип двигателя имеет 48-24 ступеней за оборот.

    Шаговый двигатель с постоянным магнитом
    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 щелевой периферии, на которую намотаны катушки статора. Он имеет выступающие полюса на щелевой конструкции, где витые обмотки могут быть двух-, трех- или четырехфазными.

    Концевые клеммы всех этих обмоток выкуплены и подключены к возбуждению постоянного тока через твердотельные переключатели в цепи привода.

    Конструкция Шаговый двигатель с постоянными магнитами

    Ротор состоит из материала с постоянными магнитами, такого как феррит, который может иметь форму цилиндрического или выступающего полюса, но обычно это гладкий цилиндрический тип.Ротор спроектирован так, чтобы иметь четное количество постоянных магнитных полюсов с чередующимися северной и южной полярностями.

    Работа шагового двигателя с постоянным магнитом

    Работа этого двигателя работает по принципу, что в отличие от полюсов притягивают друг друга и как полюса отталкивают друг друга. Когда обмотки статора возбуждаются от источника постоянного тока, он создает магнитный поток и устанавливает северный и южный полюса. Из-за силы притяжения и отталкивания между полюсами ротора с постоянными магнитами и полюсами статора ротор начинает двигаться вверх в положение, для которого импульсы подаются на статор.

    Рассмотрим двухфазный шаговый двигатель с двумя полюсами постоянного магнитного ротора, как показано на рисунке ниже.

    Работа шагового двигателя с постоянным магнитом:

    Когда на фазу А подается положительное напряжение по отношению к А ', обмотки устанавливают северный и южный полюса. Благодаря силе притяжения полюса ротора совмещаются с полюсами статора, так что ось магнитного полюса ротора регулируется относительно оси статора, как показано на рисунке.

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

    Далее, если на фазу A подается отрицательный ток по отношению к A ′, образование полюсов статора заставляет ротор двигаться еще на 90 градусов по часовой стрелке.

    Таким же образом, если фаза B возбуждается отрицательным током при замыкании переключателя фазы A, ротор вращается 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 подразумевает, что всякий раз, когда статор возбуждается, ротор имеет тенденцию вращаться на 90 градусов по часовой стрелке.

    Угол шага этого 2-фазного 2-полюсного ротора с постоянным магнитом выражается как 360 / (2 × 2) = 90 градусов. Размер шага может быть уменьшен путем одновременного включения двух фаз или последовательности режимов однофазного включения и двухфазного включения с правильной полярностью.

    Гибридный шаговый двигатель

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

    Гибридный шаговый двигатель
    Конструкция гибридного шагового двигателя

    Статор этого двигателя такой же, как его постоянный магнит или резистивный аналог. Катушки статора намотаны на чередующиеся полюса.При этом на каждом полюсе намотаны катушки разных фаз, обычно две катушки на полюсе, который называется бифилярным соединением.

    Ротор состоит из постоянного магнита, который намагничен в осевом направлении для создания пары магнитных полюсов (полюса N и S). Каждый полюс покрыт равномерно расположенными зубцами. Зубья состоят из мягкой стали и двух секций, из которых на каждом полюсе смещены друг относительно друга на пол-зубца.

    Работа гибридного шагового двигателя

    Этот двигатель работает аналогично двигателю с постоянным магнитом.На рисунке выше показан 2-фазный 4-полюсный 6-зубчатый роторный гибридный шаговый двигатель. Когда фаза A-A ’возбуждается источником постоянного тока, оставляя B-B’ невозбужденным, ротор выравнивается так, что южный полюс ротора обращен к северному полюсу статора, а северный полюс ротора обращен к южному полюсу статора.

    Работа гибридного шагового двигателя

    Теперь, если фаза B-B 'возбуждается, если держать A-A' выключенным таким образом, что верхний полюс становится северным, а нижний - южным, то ротор выравнивается по новому положение, двигаясь в направлении против часовой стрелки.Если фаза B-B ’возбуждается противоположным образом, так что верхний полюс становится южным, а нижний - северным, тогда ротор вращается по часовой стрелке.

    При правильной последовательности импульсов к статору двигатель вращается в нужном направлении. При каждом возбуждении ротор блокируется в новом положении, и даже если возбуждение снимается, двигатель все еще сохраняет свое заблокированное состояние из-за возбуждения от постоянного магнита. Угол шага этого 2-фазного 4-полюсного 6-зубчатого роторного двигателя составляет 360 / (2 × 6) = 30 градусов.На практике гибридные двигатели конструируются с большим количеством полюсов ротора, чтобы получить высокое угловое разрешение.

    Униполярные и биполярные шаговые двигатели

    Вышеупомянутые двигатели могут быть однополярными или биполярными на основе схем обмотки катушки. Однополярный двигатель используется с двумя обмотками на фазу, и, следовательно, направление тока через эти обмотки изменяет вращение двигателя. В этой конфигурации поток тока проходит через одно направление в одной катушке и противоположное направление в другой катушке.

    На рисунке ниже показан двухфазный однополярный шаговый двигатель, в котором катушки A и C предназначены для одной фазы, а B и D - для другой фазы. В каждой фазе каждая катушка проводит ток в направлении, противоположном направлению другой катушки. Только одна катушка будет проводить ток за раз в каждой фазе для достижения определенного направления вращения. Таким образом, просто переключая клеммы на каждую катушку, направление вращения контролируется.

    Двухфазный однополярный шаговый двигатель работает

    В случае биполярного шагового двигателя каждая фаза состоит из одной обмотки, а не двух в случае однополярной.При этом направление вращения контролируется путем изменения тока через обмотки. Следовательно, это требует сложной схемы привода для реверсирования тока.

    Двухфазный биполярный шаговый двигатель

    Режимы шагового шагового двигателя

    Типичное шаговое действие заставляет двигатель шагать через последовательность положений равновесия в ответ на импульсы тока, подаваемые на него. Можно варьировать шаговое действие по-разному, просто изменяя последовательность, в которой обмотки статора находятся под напряжением.Ниже приведены наиболее распространенные режимы работы или вождения шаговых двигателей.

    1. Шаг волны
    2. Полный шаг
    3. Полушаг
    4. Microstepping
    Режим шага волны

    Режим шага волны является самым простым из всех других режимов в которых одна обмотка находится под напряжением в любой момент времени. Каждая катушка фазы подключена к источнику питания поочередно. В приведенной ниже таблице показан порядок подачи питания на катушки 4-фазного шагового двигателя.

    В этом режиме двигатель дает максимальный угол шага по сравнению со всеми другими режимами. Это самый простой и наиболее часто используемый режим для перехода; однако создаваемый крутящий момент меньше, поскольку он использует некоторую часть общей обмотки в данный момент времени.

    Полноступенчатый режим

    В этом приводе или режиме две фазы статора включаются одновременно в любой момент времени. Когда две фазы находятся под напряжением вместе, ротор испытывает крутящий момент от обеих фаз и приходит в положение равновесия, которое будет чередоваться между двумя соседними положениями шага волны или однофазными возбуждениями.Таким образом, этот шаг обеспечивает лучший удерживающий момент, чем волновой шаг. В таблице ниже показан полный шаг привода для 4-фазного шагового двигателя.

    Полупереходный режим

    Это комбинация как волнового, так и полноступенчатого режимов. При этом однофазные и двухфазные возбуждения осуществляются поочередно, то есть однофазное включение, двухфазное включение и так далее. В этом режиме угол шага становится равным половине угла полного 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 половинным шагом, приведена ниже.

    Режим микроперехода

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

    Например, ток через фазу -1 поддерживается постоянным, в то время как ток через фазу-2 постепенно увеличивается 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 небольшой размер шага.

    Все эти ступенчатые режимы могут быть получены для каждого типа шагового двигателя, описанного выше. Тем не менее, направление тока в каждой обмотке на этих этапах может варьироваться в зависимости от типа двигателя и является однополярным или биполярным.

    Преимущества шагового двигателя

    • В состоянии покоя двигатель имеет полный крутящий момент. Неважно, нет ли момента или смены позиции.
    • Имеет хороший отклик на стартовую, стопорную и реверсивную позиции.
    • Поскольку в шаговом двигателе нет контактных щеток, он надежен, а срок службы зависит от подшипников двигателя.
    • Угол поворота двигателя прямо пропорционален входным сигналам.
    • Простое и менее затратное управление, поскольку двигатель обеспечивает управление по разомкнутому контуру при реагировании на цифровые входные сигналы.
    • Скорость двигателя прямо пропорциональна частоте входных импульсов, таким образом, может быть достигнут широкий диапазон скорости вращения.
    • Когда нагрузка соединена с валом, все еще возможно реализовать синхронное вращение с низкой скоростью.
    • Точное позиционирование и повторяемость движения хороши, поскольку они имеют точность 3-5% шага, когда ошибка не накапливается от одного шага к другому.
    • Шаговые двигатели безопаснее и дешевле (по сравнению с серводвигателями), имеют высокий крутящий момент на низких скоростях, высокую надежность и простую конструкцию, которая работает в любой среде.
    Недостатки шаговых двигателей
    • Шаговые двигатели, имеющие низкий КПД.
    • Имеет низкую точность.
    • Его крутящий момент очень быстро уменьшается со скоростью.
    • Поскольку шаговый двигатель работает в режиме разомкнутого контура, отсутствует обратная связь для указания возможных пропущенных шагов.
    • Обладает низким отношением крутящего момента к инерции, что означает, что он не может ускорять нагрузку очень быстро.
    • Они шумные.

    Применение шаговых двигателей

    • Шаговые двигатели используются в автоматизированном производственном оборудовании, автомобильных измерительных приборах и промышленных машинах, таких как упаковка, маркировка, наполнение, резка и т. Д.
    • Он широко используется в устройствах безопасности, таких как камеры видеонаблюдения и наблюдения.
    • В медицинской промышленности шаговые двигатели широко используются в образцах, цифровой стоматологической фотографии, респираторах, жидкостных насосах, аппаратах для анализа крови, медицинских сканерах и т. Д.
    • Они используются в бытовой электронике в сканерах изображений, фотокопировальных и печатных машинах и в цифровая камера для автоматического увеличения и фокусировки функций и позиций.
    • Шаговые двигатели также используются в элеваторах, конвейерных лентах и ​​переулках.

    Вы также можете прочитать:

    .

    Как работает шаговый двигатель

    В этой статье вы узнаете, как работает шаговый двигатель. Мы рассмотрим основные принципы работы шаговых двигателей, их режимы движения и типы шаговых двигателей по конструкции. Вы можете посмотреть следующее видео или прочитать написанную статью.

    Принцип работы


    Шаговый двигатель - это бесщеточный двигатель постоянного тока, который вращается ступенчато. Это очень полезно, потому что его можно точно позиционировать без какого-либо датчика обратной связи, который представляет собой контроллер с разомкнутым контуром.Шаговый двигатель состоит из ротора, который обычно является постоянным магнитом, и он окружен обмотками статора. По мере того, как мы постепенно активируем обмотки в определенном порядке и пропускаем через них ток, они намагничивают статор и создают электромагнитные полюса, соответственно, которые приводят двигатель в движение. Так что это основной принцип работы шаговых двигателей.

    Режимы движения


    Существует несколько различных способов управления шаговым двигателем.Первый - это волновой привод или возбуждение с одной катушкой. В этом режиме мы активируем только одну катушку за раз, что означает, что для этого примера двигателя с 4 катушками ротор совершит полный цикл за 4 шага.

    Далее идет режим полного шагового привода, который обеспечивает намного более высокий выходной крутящий момент, потому что у нас всегда есть 2 активных катушки в данный момент времени. Однако это не улучшает разрешение шагового двигателя, и ротор снова совершает полный цикл за 4 шага.

    Для увеличения разрешения шагового двигателя мы используем режим полушагового привода.Этот режим фактически является комбинацией двух предыдущих режимов.

    Здесь у нас есть одна активная катушка, за которой следуют 2 активные катушки, а затем снова одна активная катушка, за которой следуют 2 активные катушки и так далее. Таким образом, в этом режиме мы получаем удвоенное разрешение при той же конструкции. Теперь ротор совершит полный цикл за 8 шагов.

    Однако в настоящее время наиболее распространенным методом управления шаговыми двигателями является микрошаг. В этом режиме мы подаем переменный управляемый ток на катушки в виде синусоидальной волны.Это обеспечит плавное движение ротора, уменьшит напряжение деталей и повысит точность шагового двигателя.

    Другим способом увеличения разрешения шагового двигателя является увеличение числа полюсов ротора и числа полюсов статора.

    Типы шаговых двигателей по конструкции


    По конструкции существуют 3 различных типа шаговых двигателей: шаговый двигатель с постоянным магнитом, шаговый двигатель с переменным сопротивлением и гибридный синхронный шаговый двигатель.

    Степпер с постоянным магнитом имеет ротор с постоянным магнитом, который приводится в действие обмотками статора. Они создают противоположные полюса полярности по сравнению с полюсами ротора, который движет ротор.

    В следующем типе шагового двигателя с переменным сопротивлением используется немагнитный ротор из мягкого железа. Ротор имеет зубья, которые смещены относительно статора, и когда мы активируем обмотки в определенном порядке, ротор перемещается соответственно, так что он имеет минимальный зазор между статором и зубьями ротора.

    Гибридный синхронный двигатель модели это комбинации двух предыдущих степперов.Имеет зубчатый ротор с постоянными магнитами, а также зубчатый статор. Ротор имеет две секции, противоположные по полярности, и их зубья смещены, как показано здесь.

    Это вид спереди широко используемого гибридного шагового двигателя, который имеет 8 полюсов на статоре, которые активируются 2 обмотками A и B. Поэтому, если мы активируем обмотку A, мы намагничиваем 4 полюса, из которых два из них будут иметь южную полярность, а два - северную.

    Мы видим, что таким образом зубья роторов выровнены с зубьями полюсов A и выровнены с зубьями полюсов B.Это означает, что на следующем шаге, когда мы выключим полюса A и активируем полюса B, ротор будет двигаться против часовой стрелки, а его зубцы будут совмещены с зубцами полюсов B.

    Если мы будем продолжать активировать полюса в определенном порядке, ротор будет двигаться непрерывно. Здесь мы также можем использовать различные режимы движения, такие как волновой привод, полный шаг, полушаг и микро шаг, чтобы еще больше увеличить разрешение шагового двигателя.


    Смотрите также


avtovalik.ru © 2013-2020