| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Назначение
мин
двигателя ДШИ 200-3 не допускаются.
Шаговый электродвигатель | это… Что такое Шаговый электродвигатель?
Ша́говый электродви́гатель — это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.
Принцип работы шагового электродвиготеляСодержание
|
такжеОписание
Шаговый электродвигательКонструктивно шаговые электродвигатели состоят из статора, на котором расположены обмотки возбуждения, и ротора, выполненного из магнито-мягкого (ферромагнитного) материала или из магнито-твёрдого (магнитного) материала. Шаговые двигатели с магнитным ротором позволяют получать бо́льший крутящий момент и обеспечивают фиксацию ротора при обесточенных обмотках.
Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным магнитным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами.
Статор гибридного двигателя также имеет зубцы, обеспечивая большое количество эквивалентных полюсов, в отличие от основных полюсов, на которых расположены обмотки. Обычно используются 4 основных полюса для 3.6 град. двигателей и 8 основных полюсов для 1.8 — 0.9 град. двигателей. Зубцы ротора обеспечивают меньшее сопротивление магнитной цепи в определенных положениях ротора, что улучшает статический и динамический момент.
Это обеспечивается соответствующим расположением зубцов, когда часть зубцов ротора находится строго напротив зубцов статора, а часть между ними.
Ротор гибридного двигателя имеет зубцы, расположенные в осевом направлении. Ротор разделен на две части, между которыми расположен цилиндрический постоянный магнит. Таким образом, зубцы верхней половинки ротора являются северными полюсами, а зубцы нижней половинки — южными. Кроме того, верхняя и нижняя половинки ротора повернуты друг относительно друга на половину угла шага зубцов. Число пар полюсов ротора равно количеству зубцов на одной из его половинок. Зубчатые полюсные наконечники ротора, как и статор, набраны из отдельных пластин для уменьшения потерь на вихревые токи.
Шаговый электродвигатель NEMA 23
Использование
В машиностроении наибольшее распространение получили высокомоментные двухфазные гибридные шаговые электродвигатели с угловым перемещением 1,8°/шаг (200 шагов/оборот) или 0,9°/шаг (400 шаг/об). Точность выставления шага определяется качеством механической обработки ротора и статора электродвигателя.
Производители современных шаговых электродвигателей гарантируют точность выставления шага без нагрузки до 5 % от величины шага.
Дискретность шага создаёт существенные вибрации, которые в ряде случаев могут приводить к снижению крутящего момента и возбуждению механических резонансов в системе. Уровень вибраций удаётся снижать при использовании режима дробления шага или при увеличении количества фаз.
Режим дробления шага (микрошаг) реализуется при независимом управлении током обмоток шагового электродвигателя. Управляя соотношением токов в обмотках можно зафиксировать ротор в промежуточном положении между шагами. Таким образом можно повысить плавность вращения ротора и добиться высокой точности позиционирования. Качество изготовления современных шаговых двигателей позволяет повысить точность позиционирования в 10-20 раз.
Шаговые двигатели стандартизованы по посадочным размерам и размеру фланца: NEMA 17, NEMA 23, NEMA 34, … — размер фланца 42 мм, 57 мм, 86 мм, 110 мм соответственно.
Шаговые электродвигатели NEMA 23 могут создавать крутящий момент до 30 кгс*см, NEMA 34 до 120 кгс*см и до 210кгс*см для двигателей с фланцем 110 мм.
Шаговый электродвигатель с интегрированным контроллером
Шаговые двигатели создают сравнительно высокий момент при низких скоростях вращения. Момент существенно падает при увеличении скорости вращения. Однако, динамические характеристики двигателя могут быть существенно улучшены при использовании драйверов со стабилизацией тока на основе ШИМ.
Шаговые электродвигатели применяются в приводах машин и механизмов, работающих в старт-стопном режиме, или в приводах непрерывного движения, где управляющее воздействие задаётся последовательностью электрических импульсов, например, в станках с ЧПУ. В отличие от сервоприводов, шаговые приводы позволяют получать точное позиционирование без использования обратной связи от датчиков углового положения.
Шаговые двигатели применяются в устройствах компьютерной памяти — НГМД, НЖМД, устройствах чтения оптических дисков.
Датчик поворота
Шаговые двигатели с постоянными магнитами могут использоваться в качестве датчиков угла поворота благодаря возникновению ЭДС на обмотках при вращении ротора.
Преимущества
Главное преимущество шаговых приводов — точность. При подаче потенциалов на обмотки шаговый двигатель повернется строго на определенный угол. К приятным моментам можно отнести стоимость шаговых приводов, в среднем в 1,5-2 раза дешевле сервоприводов. Шаговый привод, как недорогая альтернатива сервоприводу, наилучшим образом подходит для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика.
См. также
- Вентильный реактивный электродвигатель
- Драйвер электродвигателя
- Сервоприводы
Ссылки
- Школа электрика: Шаговые двигатели
- Шаговые двигатели. Принцип действия. Различные способы управления
- AVR-USB-MEGA16: управление шаговым двигателем через USB
- Управление шаговым двигателем с применением микроконтроллера
— все, что вам нужно знать о шаговых двигателях
Скачать PDF
Мощные возможности высоконадежных шаговых двигателей серводвигателей, но на самом деле на самом деле, они очень надежны, как и серводвигатели.
Двигатель работает за счет точной синхронизации с выходным сигналом импульса от контроллера к приводу, обеспечивая высокоточное позиционирование и управление скоростью. Шаговые двигатели обладают высоким крутящим моментом и низкой вибрацией на низких скоростях, что идеально подходит для приложений, требующих быстрого позиционирования на небольшом расстоянии.
Все, что вам нужно знать о шаговых двигателях
«Шаговые двигатели? Серводвигатели должны иметь лучшую производительность». Это типичный ответ на вопрос о шаговых двигателях. Очевидно, существует серьезное заблуждение о шаговых двигателях. Фактически, шаговые двигатели использовались в различных приложениях, таких как передовое оборудование и доступные автоматизированные инструменты. В этой статье объясняются причины постоянного выбора шаговых двигателей. Некоторые читатели могут сказать, что никогда раньше не видели шагового двигателя. Шаговые двигатели используются во многих приложениях и отраслях промышленности в качестве приводных систем, требующих высокоточного управления, таких как автоматизация производства (FA), производственное оборудование для полупроводников, ПФД и солнечных панелей, медицинские устройства, аналитические приборы, прецизионные столики, финансовые системы, машины для упаковки пищевых продуктов и регулировка апертурной диафрагмы для камер.
Почему вы используете шаговый двигатель?
Простота использования: 34%
Недорого: 17%
Простые операции: 16%
Нет необходимости в настройке: 12%
Другое: 21%
Ключевые моменты: простота использования, простые операции и низкая стоимость
Согласно опросу пользователей шаговых двигателей, многие отдают предпочтение шаговым двигателям из-за их «простоты использования», «простых операций» и «низкой стоимости». «вытекает из структуры и конфигурации системы. Вполне логично, что многие пользователи находят в шаговых двигателях такие положительные стороны благодаря простой структуре и конфигурации системы. Однако некоторые читатели могут скептически относиться к реальным характеристикам двигателя с точки зрения его точности и крутящего момента. Нелегко полностью понять всю идею, если нет примеров сравнения с другими управляющими двигателями, такими как серводвигатели. Зная характеристики и применяя различные подходы в зависимости от требуемых операций, шаговые двигатели, безусловно, могут снизить стоимость оборудования.
Характеристики и техническая информация шаговых двигателей поясняются ниже:
Впечатляющая «Точность остановки». Быстро перемещается в «диапазоне низких/средних скоростей»
Шаговые двигатели обладают замечательной точностью остановки, и возможно точное управление с разомкнутым контуром. Например, при использовании серии RK II для позиционирования поворотного стола точность его остановки составляет ±0,05° (без нагрузки). Поскольку ошибки положения остановки не накапливаются между шагами, возможно позиционирование с высокой точностью. Конструкция шагового двигателя, не требующая 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: серия RK II
• Ход шарико-винтовой передачи : 10 мм
Точность остановки: ±1,4 мкм
Обычно точность шлифованных шариковинтовых пар составляет ±10 мкм.
При использовании катаного шарико-винтовой передачи его точность снижается до ±20 мкм, что указывает на то, что точность остановки шагового двигателя намного выше, чем у шарико-винтовых передач.
Высокий крутящий момент в диапазоне низких/средних скоростей — еще одна замечательная особенность шаговых двигателей. Одной из основных особенностей серводвигателей является создание постоянного крутящего момента в диапазоне средних и высоких скоростей. Серводвигатели подходят для операций с длинным ходом (много оборотов). С другой стороны, характеристики крутящего момента шаговых двигателей не являются плоскими. Кривая крутящего момента в диапазоне низких/средних скоростей становится очень высокой, а в диапазоне высоких скоростей становится очень низкой. Помимо стабильного вращения в диапазоне низких скоростей, с которым борются серводвигатели, шаговые двигатели могут обеспечивать высокий крутящий момент в требуемом диапазоне скоростей для операций с коротким ходом (меньшее количество оборотов), поэтому они подходят для выбора желаемого угла шага для многократного вращения.
таблицы и толчковые приложения. Это происходит из-за короткого времени позиционирования при работе с коротким ходом, поэтому двигатель замедляется и останавливается до достижения максимальной скорости. Иными словами, скоростные характеристики обычно не требуются.
Высокая скорость отклика и отличная синхронизация
Третьей замечательной особенностью шаговых двигателей является быстродействие. Управление без обратной связи, которое отправляет односторонние команды двигателю, имеет высокий механизм отслеживания команд. В то время как серводвигатели, которые ожидают обратной связи от энкодера, как правило, имеют «задержки» с командами, шаговые двигатели работают синхронно с импульсом. Таким образом, очень мало «задержек», что приводит к отличному отклику. По этой причине шаговые двигатели подходят для приложений, требующих синхронной работы нескольких двигателей. Одним из примеров является приложение для перемещения досок, в котором требуется два конвейера с одним двигателем, установленным соответственно, для перемещения досок между двумя конвейерами.
Точка 2
Отличный диапазон низких/средних скоростей!
Пример: Крутящий момент двигателя с размером корпуса 85 мм эквивалентен номинальному крутящему моменту серводвигателя мощностью 400 Вт при 1000 об/мин.
Крутящий момент в еще более низком диапазоне скоростей может быть до 5 раз выше. Для позиционирования на коротких дистанциях важно иметь высокий крутящий момент в диапазоне низких/средних скоростей.
Точка 3
Высокая скорость отклика!
Подходящие области применения
Помимо толчкового режима с частыми пусками и остановами, шаговые двигатели подходят для позиционирования процессоров проверки изображений, которые не любят вибраций, кулачковых приводов, которые трудно регулировать с помощью серводвигателей, и механизмов с низкой жесткостью, таких как как ременная передача. Кроме того, стоимость значительно снижается за счет замены шарико-винтовой передачи на ременную.
Преимущество великолепных характеристик
Помимо снижения затрат, шаговые двигатели имеют много преимуществ с точки зрения производительности.
На следующей диаграмме показано преобразование крутящего момента примера серии RKII в крутящий момент типичных диапазонов мощности сервоприводов. Ниже приводится подробная информация о шаговых двигателях, такая как базовая структура, система и примеры приложений, для получения дополнительной информации о шаговых двигателях.
Основы шаговых двигателей
Принцип работы и структура
Шаговый двигатель вращается с фиксированным шагом, как секундная стрелка часов. Высокоточное позиционирование может быть выполнено с управлением без обратной связи благодаря механической конструкции внутри двигателя.
Точное позиционирование (количество шагов)
При полном управлении вращением и скоростью простая конструкция шаговых двигателей достигается без использования электрических компонентов, таких как энкодер внутри двигателя. По этой причине шаговые двигатели очень прочны и имеют высокую надежность с очень небольшим количеством отказов. Что касается точности остановки, то ±0,05° (без учета кумулятивных ошибок тангажа) является очень точным.
Поскольку позиционирование шаговых двигателей осуществляется с помощью управления без обратной связи и управляется намагниченным статором и магнитным ротором с маленькими зубьями, шаговые двигатели имеют более высокий механизм отслеживания команд, чем у серводвигателей. Кроме того, при остановке шаговых двигателей не происходит рывков. Они также отлично подходят для ременных передач, которые имеют низкую жесткость.
Полезно для управления скоростью и положением
Когда импульсы вводятся в драйвер через генератор импульсов, шаговые двигатели позиционируются 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 скоростью частоты импульсов (Гц), заданной драйверу, и можно свободно изменять скорость вращения двигателя, просто изменяя количество входных импульсов или частот драйвера. Шаговые двигатели служат не только в качестве двигателей управления положением, но и в качестве двигателей управления скоростью с высокой синхронизацией.
Шаговые двигатели Применение:
• Высокочастотное повторяющееся позиционирование с фиксированным углом шага
• Позиционирование, требующее длительного времени остановки из-за регулировки ширины и т. д.
• Колеблющиеся нагрузки и изменяющаяся жесткость
• Позиционирование, которое делится на 1 цикл
• Двигатель валы, 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 , такие как датчик, для позиционирования. Таким образом, вся система проста в построении. Если расширенное управление, такое как операция интерполяции, не требуется, рекомендуется использовать встроенный драйвер функционального типа контроллера. Стоимость снижается за счет отказа от контроллеров, таких как генератор импульсов и модули позиционирования ПЛК.
Встроенный датчик с замкнутым контуром
Хотя позиционирование с высокой точностью возможно при управлении без обратной связи, что произойдет, если возникнет проблема? Чтобы избежать таких ловушек, можно использовать двигатель типа энкодера или встроенный датчик с замкнутым контуром управления (серия AR).
Можно ли дополнительно снизить стоимость?
Общая проблема среди инженеров-конструкторов — снижение затрат. Неужели нет возможности еще больше снизить стоимость? Чтобы выяснить, было ли проведено испытание на снижение затрат с улучшением технических характеристик на основе шарико-винтового механизма. Ниже поясняются детали теста:
Миссия
Механизм линейного перемещения
1. Дальнейшее увеличение скорости
2. Дальнейшее снижение стоимости
[Состояние первоначально запланированного оборудования] Механизм: ШВП + серводвигатель шага, показанные справа, определяются на основе серводвигателя, прикрепленного с помощью шарико-винтовой пары и стальной пластины.
План
Замена механизма на ременный шкив
• Шарико-винтовая передача при попытке увеличить скорость => Ременный механизм может быть более подходящим => 1000 мм/сек до 1500 мм/сек возможна с ременным механизмом. Замените на ремень, если нет проблем с точностью позиционирования. • Значительно снизить стоимость, если возможен переход на ремень => Ремень стоит недорого, но его низкая жесткость может повлиять на стабильность работы серводвигателя даже при автоматической настройке.
Проблемы
1. Разница в точности остановки между винтом и лентой… Какая требуется точность остановки?
2. Влияние низкой жесткости… Влияние на время установления, устранение проблем с настройкой
• Лучшая точность остановки с помощью винта. На ремень поменять не проблема? => Требуемая точность остановки приложения составляет ± 0,05 ~ 0,1 мм, что не так точно, как для винта. Поэтому с заменой ремня все в порядке.
• При переходе на ремень жесткость механизма снижается, поэтому движения серводвигателя становятся нестабильными. => Среди двигателей позиционирования шаговые двигатели не имеют встроенного энкодера. По этой причине они не требуют регулировки и обладают низкой жесткостью. Их движения стабильны независимо от колеблющихся нагрузок. Если выход одинаковый, рассмотрите шаговые двигатели.
Оценка
Механизм: ременный шкив + двигатель: попробуйте с шаговым двигателем
• Транспортируемая масса -> Макс. допустимая нагрузка 7 кг • Скорость передвижения -> Увеличена до 800 мм/с Двигатель => Замена шагового двигателя на серводвигатель снижает затраты на 50%! Механизм => Заменив шарико-винтовой механизм на ременный, стоимость снижена на 7%!
Результаты
Было много возможностей для снижения затрат!
Проведя проверку механизма с нуля, а также выбрав двигатель на основе характеристик, нам удалось улучшить технические характеристики и снизить стоимость, даже несмотря на то, что размер двигателя стал немного больше.
В прошлом выбор двигателя производился на основе его простоты использования или знакомства с ним. После этого упражнения стали ясны различия в работе серводвигателей и шаговых двигателей. Удивительно, что шаговые двигатели оказались более доступными, чем ожидалось. Должны быть возможности для снижения стоимости других устройств, использующих этот метод. Это упражнение еще раз подтвердило, что хорошо сбалансированный выбор между техническими характеристиками двигателя и его стоимостью при максимальном увеличении характеристик двигателя является ключевым.
Что имеет более высокую точность остановки — шаговый двигатель или серводвигатель?
Запрос клиента: Ищет двигатель с хорошей точностью остановки. Насколько велика разница между шаговыми двигателями и серводвигателями?
Предположение: Серводвигатель переменного тока серии NX оснащен 20-битным энкодером, поэтому он должен иметь высокое разрешение и хорошую точность остановки.
Во-первых, необходимо уточнить разницу между разрешением и точностью остановки: Разрешение — это количество шагов на один оборот, его также называют углом шага для шаговых двигателей. Это необходимо при рассмотрении того, насколько точным должно быть требуемое позиционирование. Точность остановки — это разница между фактической позицией остановки и теоретической позицией остановки.
Означает ли это, что серводвигатель переменного тока, оснащенный высокоточным энкодером, имеет лучшую точность остановки, чем шаговые двигатели?
Не совсем. В прошлом не было проблем с концепцией «точность останова серводвигателей, равная разрешению энкодера в пределах ± 1 импульса». Однако последние серводвигатели оснащены 20-битным энкодером (1 048 576 шагов) с очень высоким разрешением. Из-за этого ошибки из-за точности установки энкодера имеют огромное влияние на точность остановки. Поэтому понятие точности остановки немного начало меняться.
Согласно сравнительным таблицам, точность остановки шаговых двигателей и серводвигателей переменного тока почти одинакова (±0,02º ~ 0,03º).
Точность зависит от механической точности двигателя для шаговых двигателей, поэтому, если положение остановки может быть выполнено с шагом 7,2º, позиционирование всегда выполняется одними и теми же маленькими зубьями на роторе в соответствии со структурой двигателя. Это позволяет дополнительно повысить точность остановки.
Однако шаговые двигатели могут создавать угол смещения в зависимости от значения крутящего момента нагрузки. Кроме того, в зависимости от состояния механизма серводвигатели переменного тока могут иметь большую ширину колебания в ответ на регулировку усиления. По этим причинам требуется некоторая осторожность.
Сравнение точности останова шаговых двигателей и серводвигателей переменного тока
Шаговые двигатели — шаговые двигатели марки TorquePower™
Серия шаговых двигателей ElectroCraft TorquePower™ установила
Стандарт качества, надежности и долговечности шаговых двигателей.
Точность наших двигателей TorquePower сравнима только с
надежность их работы.
Все двигатели TorquePower
двунаправленный и полностью закрытый с постоянно смазываемым шариком
подшипники для долговечной и плавной работы. Подробнее ▸
Для дополнительной мощности и надежности попробуйте наш TorquePower Enhanced моторы.
- Шаговый двигатель TorquePower™
- Шаговый двигатель TorquePower™ Plus
- Усовершенствованный шаговый двигатель TorquePower™
Шаговый двигатель TorquePower™
Серия электродвигателей TorquePower (TP) от ElectroCraft представляет собой более дорогой шаговый двигатель, который включает экологические защита для тех применений, где герметичный корпус необходим.
TP23: герметичный шаговый двигатель NEMA 23 1,8°
Размер: Nema 23, 1,8°
Посмотреть продукт
Удерживающий момент: до 210 унций на дюйм или 148 Н·см
Скорость: до 85 об/секTP34: герметичный шаговый двигатель NEMA 34 1,8°
Размер: Nema 34, 1,8°
Посмотреть продукт
Удерживающий момент: до 620 унций на дюйм или 438 Н·см
Скорость: до 34 об/секTP42: герметичный шаговый двигатель NEMA 42 1,8°
Размер: Nema 42, 1,8°
Посмотреть продукт
Удерживающий момент: до 2100 унций на дюйм или 1482,81 Н·см
Скорость: до 24 об/сек
Шаговый двигатель TorquePower™ Plus
Наша линейка TorquePower Plus (TPP) — самая производительная и самая низкая
стоимость полной линейки шаговых двигателей.
Они сверхпрочные, изготовлены
для приложений, управляемых движением, и для тех специальных операций, где
вам нужно немного больше крутящего момента.
TPP11M: шаговый двигатель NEMA 11 1,8°
Размер: Nema 11, 1,8°
Посмотреть продукт
Удерживающий момент: до 18 унций на дюйм или 13 Н·см
Скорость: до 140 об/секTPP17: Шаговый двигатель NEMA 17 1,8°
Размер: Nema 17, 1,8°
Посмотреть продуктКупить сейчас
Удерживающий момент: до 58 унций на дюйм или 41 Н·см
Скорость: до 80 об/секTPP23: Шаговый двигатель NEMA 23 1,8°
Размер: Nema 23, 1,8°
Посмотреть продуктКупить сейчас
Удерживающий момент: до 240 унций на дюйм или 169 Н·см
Скорость: до 90 об/секTPP34: шаговый двигатель NEMA 34 1,8°
Размер: Nema 34, 1,8°
Посмотреть продуктКупить сейчас
Удерживающий момент: до 1190 унций на дюйм или 840 Нсм
Скорость: до 35 об/сек
Шаговый двигатель TorquePower™ Enhanced
Линейка двигателей TorquePower Enhanced (TPE) обеспечивает повышенный удерживающий момент и
улучшенные характеристики на низких скоростях по сравнению с нашей линейкой TorquePower Plus.
