Site Loader

Содержание

Принципы работы шаговых двигателей — Статьи

Шаговые двигатели


Шаговые двигатели широко используются в принтерах, автоматических инструментах, приводах дисководов, автомобильных приборных панелях и других приложениях, требующих высокой точности позиционирования.
Производители шаговых двигателей: Autonics, Motionking, Fulling motor и другие.
Шаговые двигатели: принцип действия и отличия от двигателей постоянного тока
Двигатели постоянного тока (ДПТ) с постоянными магнитами Lenze начинают работать сразу, как только к якорной обмотке будет приложено постоянное напряжение. Переключение направления тока через обмотки ротора осуществляется механическим коммутатором — коллектором. Постоянные магниты при этом расположены на статоре.
Шаговый двигатель (ШД) может быть рассмотрен как ДПТ без коллекторного узла. Обмотки ШД являются частью статора. На роторе расположен постоянный магнит или, для случаев с переменным магнитным сопротивлением, зубчатый блок из магнитомягкого материала.

Все коммутации производятся внешними схемами. Обычно система мотор — контроллер разрабатывается так, чтобы была возможность вывода ротора в любую, фиксированную позицию, то есть система управляется по положению. Цикличность позиционирования ротора зависит от его геометрии.
Принято различать шаговые двигатели (Autonics, Motionking, Fulling motor) и серводвигатели (Lenze). Принцип их действия во многом похож, и многие контроллеры могут работать с обоими типами. Основное отличие заключается в шаговом (дискретном) режиме работы шагового двигателя (n шагов на один оборот ротора) и плавности вращения синхронного двигателя. Серводвигатели требуют наличия в системе управления датчика обратной связи по скорости и/или положению, в качестве которого обычно используется резольвер или sin/cos энкодер. Шаговые двигатели преимущественно используются в системах без обратных связей, требующих небольших ускорений при движении. В то время как синхронные сервомоторы обычно используются в скоростных высокодинамичных системах.

Шаговые двигатели (ШД) делятся на две разновидности: двигатели с постоянными магнитами и двигатели с переменным магнитным сопротивлением (гибридные двигатели). С точки зрения контроллера отличие между ними отсутствует. Двигатели с постоянными магнитами обычно имеют две независимые обмотки, у которых может присутствовать или отсутствовать срединный отвод (см. рис. 1).


 
Биполярные шаговые двигатели с постоянными магнитами и гибридные двигатели сконструированы более просто, чем униполярные двигатели, обмотки в них не имеют центрального отвода (см. рис. 2).

За это упрощение приходится платить более сложным реверсированием полярности каждой пары полюсов мотора.
Шаговые двигатели имеют широкий диапазон угловых разрешений. Более грубые моторы обычно вращаются на 90° за шаг, в то время как прецизионные двигатели могут иметь разрешение 1,8° или 0,72° на шаг. Если контроллер позволяет, то возможно использование полушагового режима или режима с более мелким дроблением шага (микрошаговый режим), при этом на обмотки подаются дробные значения напряжений, зачастую формируемые при помощи ШИМ-модуляции.


Если в процессе управления используется возбуждение только одной обмотки в любой момент времени, то ротор будет поворачиваться на фиксированный угол, который будет удерживаться пока внешний момент не превысит момента удержания двигателя в точке равновесия.
Для правильного управления биполярным шаговым двигателем необходима электрическая схема, которая должна выполнять функции старта, стопа, реверса и изменения скорости. Шаговый двигатель транслирует последовательность цифровых переключений в движение. «Вращающееся» магнитное поле обеспечивается соответствующими переключениями напряжений на обмотках. Вслед за этим полем будет вращаться ротор, соединенный посредством редуктора с выходным валом двигателя.
Каждая серия содержит высокопроизводительные компоненты, отвечающие все возрастающим требованиям к характеристикам современных электронных применений.
Схема управления для биполярного шагового двигателя требует наличия мостовой схемы для каждой обмотки. Эта схема позволит независимо менять полярность напряжения на каждой обмотке.

На рисунке 3 показана последовательность управления для режима с единичным шагом.

На рисунке 4 показана последовательность для полушагового управления.
 
Максимальная скорость движения определяется исходя из физических возможностей шагового двигателя. При этом скорость регулируется путем изменения размера шага. Более крупные шаги соответствуют большей скорости движения.
В системах управления электроприводами для отработки заданного угла или перемещения используют датчики обратной связи по углу или положению выходного вала исполнительного двигателя.
Если в качестве исполнительного двигателя использовать синхронный шаговый двигатель, то можно обойтись без датчика обратной связи (Дт) и упростить систему управления двигателем (СУ), так как отпадает необходимость использования в ней цифро%аналоговых (ЦАП) и аналого-цифровых (АЦП) преобразователей.
Шаговыми двигателями называются синхронные двигатели, преобразующие команду, заданную в виде импульсов, в фиксированный угол поворота двигателя или в фиксированное положение подвижной части двигателя без датчиков обратной связи.
Мощность шаговых двигателей лежит в диапазоне от единиц ватт до одного киловатта. Шаговый двигатель имеет не менее двух положений устойчивого равновесия ротора в пределах одного оборота. Напряжение питания обмоток управления шагового двигателя представляет собой последовательность однополярных или двуполярных прямоугольных импульсов, поступающих от электронного коммутатора (К). Результирующий угол соответствует числу переключений коммутатора, а частота вращения двигателя соответствует частоте переключений электронного коммутатора.
Шаговые двигатели различаются по конструктивным группам: активного типа (с постоянными магнитами), реактивного типа и индукторные.
 
Шаговые синхронные двигатели активного типа
В отличие от синхронных машин непрерывного вращения шаговые двигатели имеют на статоре явно выраженные полюса, на которых расположены катушки обмоток управления.Принцип действия шагового двигателя активного типа рассмотрим на примере двухфазного двигателя.
Различают два вида коммутации обмотки шагового двигателя: симметричная и несимметричная.
При симметричной системе коммутации на всех четырех тактах возбуждается одинаковое число обмоток управления.
 
При несимметричной системе коммутации четным и нечетным тактам соответствует различное число возбужденных обмоток управления.
 
Ротор у шагового двигателя активного типа представляет собой постоянный магнит, при числе пар полюсов больше 1, выполненный в виде «звездочки».
 
Число тактов KT системы управления называют количеством состояний коммутатора на периоде его работы T. Как видно из рисунков для симметричной системы управления KT=4, а для несимметричной KT=8.
В общем случае число тактов KT зависит от числа обмоток управления (фаз статора) mу и может быть посчитано по формуле:
KT = mуn1n2,
где: n1=1 — при симметричной системе коммутации;
n1=2 — при несимметричной системе коммутации;
n2=1 — при однополярной коммутации;
n2=2 — при двуполярной коммутации.
 
При однополярной коммутации ток в обмотках управления протекает в одном направлении, а при двуполярной — в обеих.
Синхронизирующий (электромагнитный) момент машины является результатом взаимодействия потока ротора с дискретно вращающимся магнитным полем статора. Под действием этого момента ротор стремится занять такое положение в пространстве машины, при котором оси потоков ротора и статора совпадают. Мы рассмотрели шаговые синхронные машины с одной парой полюсов (р=1). Реальные шаговые микродвигатели являются многополюсными (р>1). Для примера приведем двуполюсный трехфазный шаговый двигатель.
 
Двигатель с р парами полюсов имеет зубчатый ротор в виде звездочки с равномерно расположенными вдоль окружности 2р постоянными магнитами. Для многополюсной машины величина углового шага ротора равна:
αш=360/Ктр
Чем меньше шаг машины, тем точнее (по абсолютной величине) будет отрабатываться угол. Увеличение числа пар полюсов связано с технологическими возможностями и увеличением потока рассеяния. Поэтому р=4…6. Обычно величина шага ротора активных шаговых двигателей составляет десятки градусов.
Реактивные шаговые двигатели
У активных шаговых двигателей есть один существенный недостаток: у них крупный шаг, который может достигать десятков градусов.
Реактивные шаговые двигатели позволяют редуцировать частоту вращения ротора. В результате можно получить шаговые двигатели с угловым шагом, составляющим доли градуса.
Отличительной особенностью реактивного редукторного двигателя является расположение зубцов на полюсах статора.

При большом числе зубцов ротора Zр его угол поворота значительно меньше угла поворота поля статора.
Величина углового шага редукторного реактивного шагового двигателя определится выражением:
αш=360/КтZр
В выражении для KT величину n2 следует брать равной 1, т.к. изменение направления поля не влияет на положение ротора.
Электромагнитный синхронизирующий момент реактивного двигателя обусловлен, как и в случае обычного синхронного двигателя, разной величиной магнитных сопротивлений по продольной и поперечной осям двигателя.
Основным недостатком шагового реактивного двигателя является отсутствие синхронизирующего момента при обесточенных обмотках статора.
Повышение степени редукции шаговых двигателей, как активного типа, так и реактивного, можно достичь применением двух, трех и многопакетных конструкций. Зубцы статора каждого пакета сдвинуты относительно друг друга на часть зубцового деления. Если число пакетов два, то этот сдвиг равен ½ зубцового деления, если три, то — 1/3, и т.д. В то же время роторы-звездочки каждого из пакетов не имеют пространственного сдвига, т.е. оси их полюсов полностью совпадают. Такая конструкция сложнее в изготовлении и дороже однопакетной, и, кроме того, требует сложного коммутатора.
Индукторные (гибридные) шаговые двигатели. Стремление совместить преимущества активного шагового двигателя (большой удельный синхронизирующий момент на единицу объема, наличие фиксирующего момента) и реактивного шагового двигателя (малая величина шага) привело к созданию гибридных индукторных шаговых двигателей.
В настоящее время имеется большое число различных конструкций индукторных двигателей, различающихся числом фаз, размещением обмоток, способом фиксации ротора при обесточенном статоре и т.д. Во всех конструкциях индукторных шаговых двигателей вращающий момент создается за счет взаимодействия магнитного поля, создаваемого обмотками статора и постоянного магнита в зубчатой структуре воздушного зазора. При этом синхронизирующий момент шагового индукторного двигателя по природе является реактивным и создается намагничивающей силой обмоток статора, а постоянный магнит, расположенный либо на статоре, либо на роторе, создает фиксирующий момент, удерживающий ротор двигателя в заданном положении при отсутствии тока в обмотках статора.
По сравнению с шаговым двигателем реактивного типа у индукторного шагового двигателя при одинаковой величине шага больше синхронизирующий момент, лучшие энергетические и динамические характеристики
Линейные шаговые синхронные двигатели
При автоматизации производственных процессов весьма часто необходимо перемещать объекты в плоскости (например, в графопостроителях современных ЭВМ и т. д.). В этом случае приходится применять преобразователь вращательного движения в поступательное с помощью кинематического механизма.
Линейные шаговые двигатели преобразуют импульсную команду непосредственно в линейное перемещение. Это позволяет упростить кинематическую схему различных электроприводов.
Статор линейного шагового двигателя представляет собой плиту из магнитомягкого материала. Подмагничивание магнитопроводов производится постоянным магнитом.
 
Зубцовые деления статора и подвижной части двигателя равны. Зубцовые деления в пределах одного магнито-провода ротора сдвинуты на половину зубцового деления t/2. Зубцовые деления второго магнитопровода сдвинуты относительно зубцовых делений первого магнитопровода на четверть зубцового деления t/4. Магнитное сопротивление потоку подмагничивания не зависит от положения подвижной части.
Принцип действия линейного шагового двигателя не отличается от принципа действия индукторного шагового двигателя. Разница лишь в том, что при взаимодействии потока обмоток управления с переменной составляющей потока подмагничивания создается не момент, а сила FС, которая перемещает подвижную часть таким образом, чтобы против зубцов данного магнитопровода находились зубцы статора, т. е. на четверть зубцового деления t/4.
ΔXш=tz/Кt
где Kt — число тактов схемы управления.
Для перемещения объекта в плоскости по двум координатам применяются двухкоординатные линейные шаговые двигатели.
В линейных шаговых двигателях применяют магнито-воздушную подвеску. Ротор притягивается к статору силами магнитного притяжения полюсов ротора. Через специальные форсунки под ротор нагнетается сжатый воздух, что создает силу отталкивания ротора от статора. Таким образом, между статором и ротором создается воздушная подушка, и ротор подвешивается над статором с минимальным воздушным зазором. При этом обеспечивается минимальное сопротивление движению ротора и высокая точность позиционирования.
Режимы работы синхронного шагового двигателя
Шаговый двигатель работает устойчиво, если в процессе отработки угла при подаче на его обмотки управления серии импульсов не происходит потери ни одного шага. Это значит, что в процессе отработки каждого из шагов ротор двигателя занимает устойчивое равновесие по отношению к вектору результирующей магнитной индукции дискретно вращающегося магнитного поля статора.
Режим отработки единичных шагов соответствует частоте импульсов управления, подаваемых на обмотки шагового двигателя, при котором шаговый двигатель отрабатывает до прихода xследующего импульса заданный угол вращения. Это значит, что в начале каждого шага угловая скорость вращения двигателя равна 0.
При этом возможны колебания углового вала двигателя относительно установившегося значения. Эти колебания обусловлены запасом кинетической энергии, которая была накоплена валом двигателя при отработке угла. Кинетическая энергия преобразуется в потери: механические, магнитные и электрические. Чем больше величина перечисленных потерь, тем быстрее заканчивается переходный процесс отработки единичного шага двигателем.
 
В процессе пуска ротор может отставать от потока статора на шаг и более; в результате может быть расхождение между числом шагов ротора и потока статора.
Основными характеристиками шагового двигателя являются: шаг, предельная механическая характеристика и приемистость.
Предельная механическая характеристика — это зависимость максимального синхронизирующего момента от частоты управляющих импульсов.
 
Приемистость — это наибольшая частота управляющих импульсов, при которой не происходит потери или добавления шага при их отработке. Она является основным показателем переходного режима шагового двигателя. Приемистость растет с увеличением синхронизирующего момента, а также с уменьшением шага, момента инерции вращающихся (или линейно перемещаемых) частей и статического момента сопротивления.

Приемлемость падает с увеличением нагрузки.
В. П. Колодийчик.

.

какова разница и что выбрать? — MULTICUT

В качестве электропривода порталов и исполнительных узлов фрезерно-гравировальных станков с чпу и оборудования для плазменной резки с ЧПУ применяются шаговые двигатели и сервоприводы. Что лучше: шаговый двигатель или сервопривод, и в каких случаях применение того или иного электропривода экономически и технически оправданно, рассмотрим в данной статье.

Устройство шагового привода

Шаговый привод состоит из синхронной электрической машины и управляющего контроллера. Последний обеспечивает подачу управляющих сигналов на обмотки двигателя и их попеременное включение в соответствии с заданной программой.

Шаговый двигатель — электрическая машина, преобразующая управляющие сигналы в перемещение вала на определенный угол и фиксацию его в заданном положении. Количество шагов таких электродвигателей составляет от 100 до 400, угол шага — от 0,9-3,6°.

Принцип работы шагового двигателя

Состоит это электромеханическое устройство из статора, где размещены катушки возбуждения, и вращающейся части с постоянными магнитами или обмотками. Такая конструкция ротора обеспечивает его фиксацию после отработки управляющей команды.

На статоре расположено несколько обмоток. При подаче напряжения на катушку, под воздействием магнитного поля ротор поворачивается на определенный угол в соответствии с пространственным положением обмотки. При ее обесточивании и подаче управляющего сигнала на другую катушку вращающаяся часть электродвигателя занимает другую позицию. Каждый поворот вала соответствует углу шага. При обратной последовательности подачи напряжения на катушки ротор вращается в противоположном направлении.

Для поворота ротора на меньший угол одновременно включаются 2 обмотки. Количество шагов ограничено и зависит от числа полюсов статора электромотора. Для обеспечения плавного вращения ротора на катушки статора подают разные токи, разность которых определяет положение ротора. Такой способ управления позволяет снизить дискретность и увеличить количество шагов до 400.

К числу недостатков шаговых двигателей можно отнести довольно низкую скорость, пропуск шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке на валу, снижение момента при высокой частоте вращения и большое время разгона.

Устройство сервопривода

Сервопривод состоит из синхронного двигателя, датчика скорости и положения, а также управляющего контроллера. Основная разница между шаговым двигателем и сервоприводом состоит в наличии обратной связи по положению, скорости, моменту на валу ротора.

Электропривод такого типа построен на базе следящей схемы автоматического регулирования. При несоответствии скорости или другой величины контроллер будет подавать сигналы на отработку, пока требуемый параметр или положение вала не будет соответствовать заданному. В качестве датчика обратной связи используют абсолютные и относительные энкодеры различных типов и конструкций.

Принцип действия сервопривода

Управляющее устройство в соответствии с заданной программой подает напряжение на сервопривод, который соединен с порталом станка. Двигатель перемещает рабочий орган. При этом энкодер вырабатывает импульсы, поступающие на контроллер. Подсчет их числа осуществляет управляющее устройство. Количество импульсов пропорционально перемещению портала. При достижении рабочим органом заданного положения на электромотор перестает поступать напряжение. Портал фиксируется. Пока число импульсов, зафиксированных контроллером с датчика, не достигнет запрограммированной величины, двигатель будет осуществлять перемещение рабочего органа.

Шаговый сервопривод можно также настроить на поддержание постоянной частоты вращения вне зависимости от нагрузки или постоянного момента при разной скорости.

К достоинствам сервоприводов относятся точность позиционирования, динамика разгона и отсутствие снижения момента при высоких скоростях. Ограничивает применение сервопривода, как правило, достаточно большая стоимость.

Чем отличается сервопривод от шагового двигателя?

Критерий сравнения Шаговые двигатели Сервоприводы
Эксплуатационный ресурс Шаговые электромоторы не имеют коллекторного узла, подверженного износу. Также они не имеют частей, нуждающихся в регулярном техобслуживании и замене Коллекторные серводвигатели необходимо регулярно обслуживать. Максимальный срок службы коллекторного узла — 5000 часов непрерывной работы. При этом бесщеточные сервомоторы не уступают в надежности шаговым двигателям
Точность перемещений исполнительного органа

Современные шаговые электродвигатели обеспечивают перемещение рабочей части с точностью до 0,01 мм.

Отличие шагового двигателя от сервопривода заключается в пропуске шагов при высокой (выше расчетной) нагрузке, что значительно снижает качество обработки

Сервопривод для поворотного стола фрезерного станка или портала другого оборудования обеспечивает точность до 0,002 мкм.

Позиционирование по следящей схеме обеспечивает высокое качество обработки независимо от нагрузки

Время разгона и скорость перемещения портала

Максимальная скорость перемещения рабочих органов при использовании шагового электропривода — 25 м.

Время разгона — 120 об/мин за секунду

Сервопривод может перемещать портал со скоростью более 60 м/мин.

Время разгона составляет до 1000 об/мин за 0,2 секунды

Реакция на принудительную остановку Шаговые двигатели хорошо переносят механические перегрузки и не выходят из строя при аварийных остановках Сервоприводы необходимо оснащать дополнительной защитой, отключающей электромотор при принудительной остановке портала. В противном случае обмотки электрической машины могут сгореть
Стоимость За счет простоты конструкции шаговый двигатель имеет относительно невысокую цену За счет датчиков обратной связи (энкодеров) и более сложной схемы регулирования сервопривод считается дорогостоящим оборудованием

Критерии выбора

Тип приводного двигателя для станков выбирают по следующим характеристикам:

  • Производительность.

    По этому параметру сервоприводы значительно превосходят шаговые электромоторы. На станок с ЧПУ для обработки крупных деталей или заготовок из твердых материалов лучше уставить сервомотор, например, ESTUN 1000 Вт. Такой электропривод обеспечит более высокую скорость обработки твердых материалов. Для малогабаритного промышленного оборудования (например, настольного фрезерного станка) среднего класса точности, предназначенного для обработки мягких материалов, лучше выбрать шаговый двигатель.

  • Эксплуатационные расходы.

    Программирование и настройка сервопривода на станке с ЧПУ требуют высокой квалификации исполнителя. Такой привод намного дороже в обслуживании, соответственно расходы на его эксплуатацию будут выше.

  • Точность.

    Сервоприводы для станков с ЧПУ необходимы для высокоточной автоматизированной обработки. Такой привод позволяет позиционировать положение рабочего органа с точностью до 0,02 мкм, в то время как максимальная точность шаговой электрической машины — 0, 01 мм.

  • Цена.

    Стоимость шагового двигателя значительно ниже цены сервопривода. При невысоком бюджете лучше предпочесть первый вариант.

  • Уровень шума.

    По этому показателю сервомоторы предпочтительней. Работа шаговых электродвигателей сопровождается звуком, соответствующим частоте шагов на различных оборотах.

Таким образом, выбор сервопривода или шагового двигателя в качестве привода на фрезерно-гравировальный станок и оборудование для плазменной резки следует совершать, руководствуясь исключительно экономической и технической целесообразностью.

» Управление шаговым двигателем


Управление шаговым двигателем

Это довольно простая схема контроллера шагового двигателя, которая позволит вам точно управлять однополярным шаговым двигателем через параллельный порт вашего компьютера. Шаговый двигатель можно применить в конструировании роботов, в изготовлении печатных плат, использовать в качестве микродрели, автоматической кормушки для аквариумных рыбок и т.д. Если вы никогда не работали с шаговыми двигателями, то эта статья для вас.

Как работает шаговый двигатель?

Шаговые двигатели отличаются от регулируемых двигателей постоянного тока. Вместо того чтобы вращаться как двигатели постоянного тока, шаговый  двигатель совершает дискретное вращение под воздействием серии импульсов. В нашем примере двигателю необходимо 48 импульсов  чтобы совершить полный оборот в 360 градусов.

Другое преимущество шаговых двигателей — то, что их скорость вращения может быть достигнута почти мгновенно при изменении направления вращения на противоположное.

Шаговый двигатель состоит из ротора - постоянного магнита, который вращается внутри, и статор — четыре катушки (север, восток, юг, запад), которые являются частью корпуса и не перемещаются. Ротор совершает вращение посредством последовательных импульсов  напряжение постоянного тока подаваемого к одной или двум катушкам одновременно.

Устройство Шагового двигателя.

Чтобы управлять шаговым двигателем необходим контроллер. Контроллер — схема, которая подает напряжение к любой из четырех катушек статора. Устройство может быть построено с использованием интегральной микросхемы  типа ULN2003 (отечественный аналог К1109КТ22) состоящая из набора  мощных составных ключей с защитными диодами на выходе. Наличие защитных диодов позволяет подключать индуктивные нагрузки без  дополнительной защиты от выбросов обратного напряжения.

Подключения шагового двигателя.

Однополярный двигатель должен иметь пять или шесть контактов в зависимости от модели. Если двигатель имеет шесть контактов то необходимо соединить выводы 1 и 2 (красный) вместе и подключить их к плюсу 12-24V напряжения питание. Оставшиеся выводы a1 (желтый), b1 (черный), a2 (оранжевый), b2 (коричневый) подключить к контроллеру согласно схеме.

Способы управления.

Есть несколько способов, которые вы можете использовать, чтобы управлять шаговым двигателем.

1. Одиночные импульсы — самый простой способ. Одновременно подключается только одна катушка.  Необходимо  48 пульсов чтобы ротор совершил один полный оборот. Каждый пульс перемещает ротор на 7,5 градусов.

2. Двойной импульс - одновременное подключение двух соседних катушек. В этом случае также необходимо 48 пульсов чтобы ротор совершил один полный оборот. Каждый пульс перемещает ротор на 7,5 градусов.

3. Комбинированные импульсы — чередование первого и второго способа. Двигатель нуждается в 96 пульсах, чтобы совершить один оборот. Каждый пульс перемещает ротор приблизительно на 3,75 градуса.

Программное обеспечение контроллера  шагового двигателя.

Для управления работой шагового двигателя  используем компьютер и программу. При использовании компьютера вы будете в состоянии сделать намного больше с вашим шаговым двигателем и наиболее важно — визуализировать, как ток течет через катушки.

В программе понятный графический интерфейс, который позволяет точно управлять скоростью двигателя и направлением вращения в реальном времени, а также позволяет выбирать способы управления.  Программа работает с версией Windows (98/ME/2000/XP).

  Скачать программу
     (104.2 Kb, скачено — 5,962 )

Новый взгляд на сервопривод и шаговый двигатель

Серводопровод или шаговый двигатель

 

Мы разберемся в нашей статье, что выбрать сервопривод или шаговый двигатель, что они собой представляют, для чего предназначаются, а также ответим на вопрос, сервопривод или шаговый двигатель разница.

 

Что представляет собой шаговой двигатель

 

Такие механизмы отлично подходят для превращения электрической энергии в точные механические перемещения. Любой импульс, который поступает на драйвер мотора, позволяет осуществлять движения ротора, что полностью соответствует заданным настройкам. Можно навести простой пример, если на полношаговый привод будет послано 100 импульсов, при том, что шаг двигателя составляет 1.8 градусов, это позволит получить поворот на 1800.

 

Разница между сервоприводом и шаговым двигателем в том, что каждый из них имеет как свои преимущества, так и недостатки. Сильная сторона последнего заключается в том, что он может выполнять свои функции даже без обратной связи, ему не требуется коррекция положения, при которой используются энкодеры или другие аналогичные датчики. Это связано с тем, что вал по архитектуре шагового двигателя перемещается только при получении импульсов. Такая возможность доступна только тогда, когда шаговые двигатели не перегружены, а также не впадают в резонанс. Но вот в реальной жизни очень редко бывает, что эти два фактора отсутствуют.

 

Чтобы получить уверенность, что такой двигатель не будет пропускать шаги, производители решают эту проблему очень просто, когда происходит выбор мощности, они делают серьезный запас мощности. Другими словами, отличие сервопривода от шагового двигателя заключается в том, что последний устанавливается на станок с большой мощностью, которой намного больше, чем это требуется.

 

Появление резонанса возможно на тех же самых частотах вращения, которые в данном приложении используются как основные, поэтому избежать это явление становится очень сложным.

 

Но существует и возможность избежать последствия непродолжительных перегрузок в его работе, а также не допустить пропуска шагов. В данном случае можно использовать энкодер, который такой же, как и установлен на вал вентильного серводвигателя. В этом также ответ, чем отличается сервопривод от шагового двигателя.

 

Энкодер – это информация о том, в каком положении находится ротор контроллеру. Он сравнивает его с заданной координатор, в результате чего полученное рассогласование используется, чтобы выполнить шаги так, чтобы разница компенсировалась. Но такой способ малоэффективен, если необходимо ликвидировать проблемы, связанные с резонансом. Тем не менее, все же есть возможность устранить последствия. Для этого требуется провести комбинирование по положению, другими словами, компенсировать количество импульсов, а также одновременно управлять ориентацией поля статора. При этом нужно придерживаться такого же принципа, как векторное управление электродвигателями с тремя фазами.

 

Сравнение сервопривода и шагового двигателя – вопрос достаточно сложный. Это связано с тем, что энкодер шагового двигателя предоставляет информацию о том, в каком положении вала можно сориентировать магнитное поле статора так, что потокозацепление будет иметь максимальную эффективность. К тому же такая схема не нуждается в преобразованиях Кларка, что, как правило, применяется для того, чтобы спроектировать трехфазную систему токов и получить две фазы. Это требуется потому, что биполярные моторы разработаны с двумя обмотками. Такой способ управления характеризуется тем, что ток в обмотках изменяется синусоидально, на этот процесс не влияет то, что используется – шаг или микрошаг.

 

Также если сравнивать шаговый двигатель и сервопривод, то преимущество первого также в том, что он практически не ощущает резких перемен напряжения. Благодаря наличию векторного типа управления, есть возможность очень быстро регулировать момент приводы. Тем не менее, такая возможность также доступна и сервоприводам. Это касается только типа PMSM.

 

Немного о сервоприводах

 

Здесь мы не только охарактеризуем, но и проведем сравнение сервопривод и шаговый двигатель. Когда прочитаете информацию, сможете сделать вывод, что лучше шаговый двигатель или сервопривод.

 

Наверняка Вы знаете, что сервопривод используется уже достаточно давно. Также у нас можно купить сервопривод высокого качества и по доступной стоимости.

 

Существует такие, которые используют по позиции обратную связь. Они имеют возможность считать количество шагов, а также добавлять в процессе или вычитать шаги, чтобы не допустить ошибку. Но они не могут вносить коррективы в угол поворота вала, когда делается шаг. Это принципиальная разница, если делать сравнение сервопривода и шагового двигателя.

 

Компенсировать ошибки может синусоидальная коммутация, если работает совместно с управлением ориентацией. Она устраняет ошибки, которые возникают по причине неправильной геометрии деталей или при серьезной нагрузке.

 

Векторное управление гарантирует, что статорное поле всегда будет перпендикулярным роторному полю, а также то, что насыщенность поля будет полностью соответствовать нужному моменту. Это улучшает динамику, а в дальнейшем и делает более эффективной работу, уменьшает флуктуацию крутящего момента. Благодаря такому управлению есть возможность составить конкуренцию шаговым двигателям с вентильным сервоприводом, если речь идет о скоростях, не превышающих 2 тыс. оборотов/мин.

 

Мы привели аргументы, если сравнивать шаговый двигатель или сервопривод, что лучше – определять Вам. Каждый человек выбирает, что ему подойдет лучше – сервопривод или шаговый двигатель. Мы же рассказали об основных моментах того и другого типа, навели некоторые примеры и особенности.

 

Вы можете у нас купить серводвигатель по выгодной стоимости. Мы гарантируем качество товара. Наши сотрудники с удовольствием ответят на интересующие вопросы, предоставят дополнительную информацию.


Основы шагового двигателя

Каждый двигатель преобразует мощность. Электродвигатели преобразуют электричество в движение. Шаговые двигатели преобразуют электричество во вращение. Шаговый двигатель не только преобразует электрическую энергию во вращение, но и может очень точно контролировать, насколько далеко он будет вращаться и как быстро.

Шаговые двигатели названы так потому, что каждый импульс электричества поворачивает двигатель на один шаг. Шаговые двигатели управляются драйвером, который посылает импульсы в двигатель, заставляя его вращаться.Количество импульсов, которые вращает двигатель, равно количеству импульсов, подаваемых на драйвер. Двигатель будет вращаться со скоростью, равной частоте тех самых импульсов.

Шаговые двигатели

очень просты в управлении. Большинство драйверов ищут 5-вольтовые импульсы, которые являются уровнем напряжения большинства интегральных схем. Вам просто нужно разработать схему для вывода импульсов или использовать один из импульсных генераторов ORIENTAL MOTOR.

Одной из самых замечательных особенностей шаговых двигателей является их способность очень точного позиционирования.Это будет подробно рассмотрено позже. Шаговые двигатели не идеальны, всегда есть небольшие неточности. Стандартные шаговые двигатели ORIENTAL MOTOR имеют точность ± 3 угловых минуты (0,05°). Однако замечательной особенностью шаговых двигателей является то, что эта ошибка не накапливается от шага к шагу. Когда стандартный шаговый двигатель проходит один шаг, он будет двигаться на 1,8° ± 0,05°. Если тот же мотор пройдет миллион шагов, он пройдет 1 800 000° ± 0,05°. Ошибка не накапливается.

Шаговые двигатели могут быстро реагировать и ускоряться.У них низкая инерция ротора, поэтому они могут быстро набирать скорость. По этой причине шаговые двигатели идеально подходят для коротких и быстрых перемещений.

Система шагового двигателя

На приведенной ниже схеме показана типичная система на основе шагового двигателя. Все эти части должны присутствовать в той или иной форме. Производительность каждого компонента будет влиять на другие.

 

Первым компонентом является компьютер или ПЛК. Это мозг системы. Компьютер не только управляет системой шагового двигателя, но и остальной частью машины.Он может поднимать лифт или продвигать конвейер. Он может быть как сложным, как ПК или ПЛК, так и простым, как кнопка оператора.

Вторая часть — индексатор или плата ПЛК. Это говорит шаговому двигателю, что делать. Он выдаст правильное количество импульсов, которое двигатель будет перемещать, и изменяет частоту, чтобы двигатель ускорялся, работал на скорости, а затем замедлялся.

Это может быть отдельный компонент, например индексатор ORIENTAL MOTOR SG8030, или плата генератора импульсов, которая вставляется в ПЛК.Форма нематериальна, но она должна присутствовать, чтобы двигатель двигался.

Следующие четыре поля составляют драйвер двигателя. Логика фазового управления принимает импульсы от индексатора и определяет, какая фаза двигателя должна быть включена. Фазы должны быть под напряжением в определенной последовательности, и логика управления фазами позаботится об этом. Источник питания логики представляет собой низкоуровневый источник питания, который питает ИС в драйвере. Это зависит от набора микросхем или дизайна приложения, но большинство источников питания логики находятся в диапазоне 5 вольт.Источник питания двигателя — это напряжение питания для питания двигателя. Этот уровень напряжения обычно находится в диапазоне 24 В постоянного тока, но может быть намного выше. Наконец, усилитель мощности представляет собой набор транзисторов, который позволяет току питать фазы. Они постоянно включаются и выключаются, чтобы двигатель работал в правильной последовательности.

Все эти компоненты дают команду двигателю перемещать нагрузку. Нагрузкой может быть ходовой винт, диск или конвейер.

Типы шаговых двигателей

В настоящее время существует три основных типа шаговых двигателей.

  • Переменное сопротивление (VR)
  • Постоянный магнит (ПМ)
  • Гибрид

ORIENTAL MOTOR производит только гибридные шаговые двигатели.

Шаговые двигатели с переменным сопротивлением имеют зубья на роторе и статоре, но не имеют магнита. Поэтому он не имеет фиксирующего момента. Постоянный магнит имеет магнит для ротора, но не имеет зубцов. Обычно магнит PM имеет грубые углы шага, но у него есть фиксирующий крутящий момент.

Гибридные шаговые двигатели

сочетают в себе магнит от постоянного магнита и зубья от двигателей с переменным сопротивлением.Магнит намагничен в осевом направлении, что означает, что на диаграмме справа верхняя половина представляет собой северный полюс, а нижняя половина — южный полюс. На магните две зубчатые чашки ротора с 50 зубьями. Две чашки смещены на 3,6°, так что если мы посмотрим вниз на ротор между двумя зубцами на чашке северного полюса, мы увидим один зубец на чашке южного полюса прямо посередине.

Эти двигатели имеют двухфазную конструкцию с 4 полюсами на фазу. Полюса, отстоящие друг от друга на 90°, составляют каждую фазу.Каждая фаза намотана так, что полюса на 180° имеют одинаковую полярность, а полюса на 90° — противоположную полярность. Если бы ток в этой фазе был изменен на противоположный, то изменилась бы и полярность. Это означает, что мы можем сделать любой полюс статора либо северным, либо южным полюсом.

На диаграмме предположим, что полюса в 12 часов и 6 часов являются северными полюсами, а полюсы в 3 часа и 9 часов являются южными полюсами. Когда мы запитываем фазу А, 12 и 6 притягивают южный полюс магнитного ротора, а 3 и 9 притягивают северный полюс ротора.Глядя с одного конца, мы увидим, что зубья ротора выровнены с 12 и 6, а зубья 3 и 9 будут прямо посередине. Если бы мы посмотрели с противоположного конца, зубья ротора северного полюса были бы точно выровнены с 3 и 9, а зубья 12 и 6 были бы точно посередине. В зависимости от того, в каком направлении мы хотим двигаться, мы будем заряжать либо полюса 2 и 7 как северные полюса, либо полюса 11 и 5 как северные полюса. Здесь драйвер необходим для определения последовательности фаз.(Нажмите на изображение, чтобы начать анимацию).

На роторе 50 зубьев. Шаг между зубьями составляет 7,2°. При движении двигателя некоторые зубья ротора смещаются с зубьями статора на 3/4 шага зубьев, 1/2 шага зубьев и 1/4 шага зубьев. Когда двигатель шагает, он выбирает самый простой маршрут, поскольку 1/4 от 7,2° составляет 1,8°, двигатель перемещается на 1,8° каждый шаг.

Наконец, крутящий момент и точность зависят от количества полюсов (зубьев). Чем больше полюсов, тем лучше крутящий момент и точность.ORIENTAL MOTOR предлагает шаговые двигатели высокого разрешения. Шаг зубьев этих двигателей вдвое меньше, чем у нашего стандартного двигателя. Ротор имеет 100 зубьев, поэтому угол между зубьями составляет 3,6°. Когда двигатель перемещается на 1/4 шага зуба, он перемещается на 0,9°. Разрешение наших моделей с высоким разрешением в два раза больше, чем у стандартных моделей: 400 шагов на оборот против 200 шагов на оборот.

Меньшие углы шага означают меньшую вибрацию, поскольку мы не делаем так далеко с каждым шагом.

Структура

На рисунке ниже показано поперечное сечение 5-фазного шагового двигателя.Шаговый двигатель состоит в основном из двух частей: статора и ротора. Ротор, в свою очередь, состоит из трех компонентов: стакана ротора 1, стакана ротора 2 и постоянного магнита. Ротор намагничен в осевом направлении, так что, например, если чашка ротора 1 поляризована на север, чашка ротора 2 будет поляризована на юг.

Статор имеет 10 магнитных полюсов с маленькими зубьями, каждый полюс снабжен обмоткой.

Каждая обмотка соединена с обмоткой противоположного полюса, так что оба полюса намагничиваются с одинаковой полярностью, когда ток проходит через пару обмоток.(Пропускание тока через данную обмотку намагничивает противоположную пару полюсов той же полярности, то есть северной или южной.)

Противоположная пара полюсов составляет одну фазу. Поскольку имеется 10 магнитных полюсов, или пять фаз, в этом конкретном двигателе называется 5-фазным шаговым двигателем.

По внешнему периметру каждого ротора имеется 50 зубьев, при этом зубья чашки ротора 1 и чашки ротора 2 механически смещены друг относительно друга на половину шага зубьев.

Скорость-крутящий момент

Очень важно, чтобы вы знали, как читать кривую скорость-крутящий момент, так как она скажет нам, что двигатель может и чего не может делать.Кривые скорость-момент представляют данный двигатель и данный привод. Когда двигатель работает, его крутящий момент зависит от типа привода и напряжения. Один и тот же двигатель может иметь очень разную кривую скорости вращения при использовании с другим приводом.

ORIENTAL MOTOR приводит кривые скорость-момент для справки. Если двигатель используется с аналогичным приводом, с аналогичным напряжением и током, вы должны получить аналогичные характеристики. См. интерактивную кривую крутящий момент ниже:

Чтение кривой скорости-крутящего момента

  • Удерживающий крутящий момент
    Величина крутящего момента, создаваемого двигателем в состоянии покоя, когда через его обмотки протекает номинальный ток.
  • Область пуска/останова
    Значения, при которых двигатель может мгновенно запускаться, останавливаться или реверсировать.
  • Момент втягивания
    Значения крутящего момента и скорости, которые двигатель может запускать, останавливать или реверсировать синхронно с входными импульсами.
  • Момент вытягивания
    Значения крутящего момента и скорости, при которых двигатель может работать синхронно с входными фазами. Максимальные значения, которые двигатель может обеспечить без остановки.
  • Максимальная скорость пуска
    Максимальная скорость, с которой двигатель может запуститься, измеренная без нагрузки.
  • Максимальная рабочая скорость
    Максимальная скорость вращения двигателя, измеренная без нагрузки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для работы в области между втягиванием и вытягиванием двигатель должен сначала запуститься в области пуска/останова.Затем частота пульса увеличивается до тех пор, пока не будет достигнута желаемая скорость. Для остановки скорость двигателя снижается до тех пор, пока она не станет ниже кривой крутящего момента.

Крутящий момент пропорционален току и количеству витков провода. Если мы хотим увеличить крутящий момент на 20%, мы должны увеличить ток примерно на 20%. Точно так же, если мы хотим уменьшить крутящий момент на 50%, уменьшим ток на 50%.

Из-за магнитного насыщения нет смысла увеличивать ток более чем в 2 раза от номинального.В этот момент увеличение тока не увеличит крутящий момент. При токе, примерно в 10 раз превышающем номинальный, вы рискуете размагнитить ротор.

Все наши двигатели имеют изоляцию класса B и могут выдерживать температуру 130°C до разрушения изоляции. Если мы допускаем разницу температур внутри и снаружи в 30°, температура корпуса не должна превышать 100°C.

Индуктивность влияет на крутящий момент на высоких скоростях. Индуктивность является причиной того, что двигатели не имеют высокой степени крутящего момента до бесконечности.Каждая обмотка двигателя имеет определенное значение индуктивности и сопротивления. Индуктивность в генри, деленная на сопротивление в омах, дает нам значение секунд. Это количество секунд (постоянная времени) представляет собой количество времени, которое требуется катушке для зарядки до 63% от ее номинального значения. Если двигатель рассчитан на 1 ампер, через 1 постоянную времени катушка будет на 0,63 ампер. После примерно 4 или 5 постоянных времени катушка будет до 1 ампер. Поскольку крутящий момент пропорционален току, если ток заряжается только до 63%, двигатель будет иметь только около 63% своего крутящего момента после 1 постоянной времени.

На малых скоростях это не проблема. Ток может входить и выходить из катушек достаточно быстро, поэтому двигатель имеет номинальный крутящий момент. Однако на высоких скоростях ток не может пройти достаточно быстро, пока не переключится следующая фаза. Крутящий момент уменьшается.

Напряжение драйвера играет большую роль в быстродействии. Чем выше отношение напряжения привода к напряжению двигателя, тем лучше производительность на высоких скоростях. Высокие напряжения вызывают ток в обмотках с большей скоростью, чем 63%, упомянутые выше.

Вибрация

Когда шаговый двигатель совершает переход от одного шага к другому, ротор не останавливается сразу. ротор фактически проходит конечное положение, оттягивается назад, проходит конечное положение в противоположном направлении и продолжает двигаться вперед и назад, пока, наконец, не остановится (см. интерактивную диаграмму ниже). Мы называем это «звоном», и он возникает при каждом шаге двигателя. Подобно шнуру для банджи, импульс переносит ротор за точку его остановки, затем он «подпрыгивает» вперед и назад, пока, наконец, не остановится.Однако в большинстве случаев двигатель получает команду перейти к следующему шагу, прежде чем он остановится.

На графиках ниже показан звон при различных условиях нагрузки. Без нагрузки двигатель сильно стучит. Много звонка означает много вибрации. Двигатель часто глохнет, если он не нагружен или слегка нагружен, потому что вибрация настолько высока, что теряется синхронность. При тестировании шагового двигателя обязательно добавляйте нагрузку.

На двух других графиках показан двигатель с нагрузкой.Правильная загрузка двигателя сгладит его работу. Нагрузка должна составлять от 30% до 70% крутящего момента, который может создать двигатель, а отношение инерции нагрузки к инерции ротора должно составлять от 1:1 до 10:1. Для более коротких и быстрых движений соотношение должно быть ближе к 1:1–3:1.

Специалист по применению ORIENTAL MOTOR и инженеры могут помочь в выборе правильного размера.

Двигатель будет демонстрировать гораздо более сильные вибрации, если частота входных импульсов соответствует собственной частоте двигателя.Это называется резонансом и обычно происходит на частоте около 200 Гц. В резонансе превышение и недорегулирование становятся намного больше, и вероятность пропуска шагов намного выше. Резонанс меняется в зависимости от инерции нагрузки, но обычно он составляет около 200 Гц.

Двухфазные шаговые двигатели

могут пропускать шаги только группами по четыре. Если вы пропускаете шаги, кратные четырем, вибрация вызывает потерю синхронизма или нагрузка слишком велика. Если количество пропущенных шагов не кратно четырем, велика вероятность того, что проблемы вызваны неправильным количеством импульсов или электрическими помехами.

Есть несколько способов обойти резонанс. Самый простой способ — вообще избежать такой скорости. 200 Гц — это не очень быстро для двухфазного двигателя со скоростью 60 об/мин. Большинство двигателей имеют максимальную начальную скорость около 1000 импульсов в секунду или около того. Таким образом, в большинстве случаев вы можете запустить двигатель на более высокой скорости, чем резонансная скорость.

Если вам нужно начать со скорости ниже резонансной скорости, быстро ускорьтесь через резонансный диапазон.

Другим решением является уменьшение угла шага.Двигатель всегда будет промахиваться и промахиваться больше для больших углов шага. Если двигателю не нужно далеко перемещаться, он не создаст достаточной силы (крутящего момента), чтобы выйти за пределы допустимого диапазона. Каждый раз, когда угол шага уменьшается, мотор не будет так сильно вибрировать. Вот почему полушаговые и микрошаговые системы так эффективно снижают вибрацию.

Убедитесь, что мощность двигателя соответствует нагрузке. Выбрав правильный двигатель, вы можете улучшить производительность.

Также доступны демпферы

.Демпферы устанавливаются на задний вал двигателя и поглощают часть энергии колебаний. Они часто сглаживают вибрирующий двигатель недорого.

5-фазные шаговые двигатели

Относительно новая технология шаговых двигателей — 5-фазная. Наиболее очевидная разница между 2-фазным и 5-фазным (см. интерактивную схему ниже) заключается в количестве полюсов статора. В то время как двухфазные двигатели имеют 8 полюсов, по 4 на фазу, пятифазный двигатель имеет 10 полюсов, по 2 на фазу. Ротор такой же, как у двухфазного двигателя.

В то время как двухфазный двигатель перемещается на 1/4 шага зубьев по каждой фазе. 5-фазный из-за своей конструкции перемещается на 1/10 шага зуба. Поскольку шаг по-прежнему составляет 7,2°, угол шага составляет 0,72°. Просто исходя из конструкции, разрешение 5-фазного датчика составляет 500 шагов на оборот, а двухфазного — 200 шагов на оборот. Пятифазный предлагает разрешение в 2,5 раза лучше, чем двухфазный.

При более высоком разрешении вы получаете меньший угол шага, что, в свою очередь, снижает вибрацию.Поскольку угол шага у 5-фазного в 2,5 раза меньше, чем у 2-фазного, звон, вибрации значительно ниже. Как в 2-фазном, так и в 5-фазном режиме ротор должен промахиваться или опускаться более чем на 3,6°, чтобы пропускать шаги. Поскольку угол шага 5-фазного двигателя составляет всего 0,72°, для двигателя почти невозможно превышение или недорегулирование на 3,6°. Вероятность потери синхронизма с 5-фазным шаговым двигателем очень мала.

Методы привода

Существует четыре различных метода привода шаговых двигателей:

  • Волновой привод (полный шаг)
  • 2 фазы включены (полный шаг)
  • 1-2 фазы включены (половина шага)
  • Микрошаг

Волновой привод

На приведенной ниже диаграмме метод волнового привода упрощен для лучшей иллюстрации теории.На иллюстрации каждый поворот на 90° соответствует 1,8° поворота ротора в реальном двигателе.

В методе волнового привода (также называемом методом однофазного включения) одновременно включается только одна фаза. Когда мы запитываем фазу А от южного полюса, она притягивает северный полюс ротора. Выключаем А и включаем В, ротор поворачивается на 90° (1,8°) и так далее. Каждый раз подается питание только на одну фазу.

Волновой привод имеет четырехступенчатую электрическую последовательность вращения двигателя.

 

2 фазы Вкл.

В методе «2 фазы вкл.» две фазы всегда находятся под напряжением.

Еще раз на приведенной ниже иллюстрации каждые 90° представляют поворот на 1,8°. Если обе фазы A и B запитаны как южные полюса, северный полюс ротора будет одинаково притягиваться к обоим полюсам и выстраиваться прямо посередине. По мере того, как на фазы подается питание, ротор будет вращаться, чтобы выровняться между двумя полюсами, находящимися под напряжением.

Метод «2 фазы включена» имеет четырехэтапную электрическую последовательность для вращения двигателя.

Стандартные 2-фазные и 2-фазные двигатели типа M

ORIENTAL MOTOR используют метод «2 фазы вкл».

Какое преимущество имеет метод «2 фазы» по сравнению с методом «1 фаза»? Ответ — крутящий момент. В методе «1 фаза включена» одновременно включается только одна фаза, поэтому мы имеем одну единицу крутящего момента, действующую на ротор. В методе «2 фазы включены» у нас есть две единицы крутящего момента, действующие на ротор: 1 в положении на 12 часов и 1 в положении на 3 часа. Если мы сложим эти два вектора крутящего момента вместе, мы получим результат под углом 45°, а величина увеличится на 41,4%.Используя метод «2 фазы вкл.», мы можем получить тот же угол шага, что и метод «1 фаза вкл.», но с крутящим моментом на 41% больше.

Пятифазные двигатели немного отличаются. Вместо того, чтобы использовать метод «две фазы», ​​мы используем метод «четыре фазы». Каждый раз мы включаем 4 фазы и мотор делает шаг.

Пятифазный двигатель проходит 10-ступенчатую электрическую последовательность.

1-2 фазы включены (половина шага)

Метод «1-2 фазы включена» или полушаг сочетает в себе два предыдущих метода.В этом случае мы запитываем фазу А. Ротор выровняется. В этот момент мы держим фазу А включенной и активируем фазу В. Теперь ротор одинаково притягивается к обеим линиям вверх посередине. Ротор повернулся на 45° (0,9°). Теперь отключаем фазу А, но оставляем включенной фазу В. Мотор делает еще один шаг. И так далее. Чередуя одну фазу и две фазы, мы сократили угол шага вдвое. Помните, что при меньшем угле шага уменьшается вибрация.

(Для 5-фазного двигателя мы чередуем 4 фазы и 5 фаз.)

Полушаговый режим имеет восьмиступенчатую электрическую последовательность. Для пятифазного двигателя в методе «4-5 фаз включено» двигатель проходит 20-ступенчатую электрическую последовательность.

Микрошаг

Микрошаг — это способ сделать маленькие шаги еще меньше. Чем меньше шаг, тем выше разрешение и лучше характеристики вибрации. В микрошаге фаза не полностью включена или полностью выключена. Он частично включен. Синусоидальные волны применяются как к фазе A, так и к фазе B, на расстоянии 90° друг от друга (0.9° в пятифазном шаговом двигателе).

Когда максимальная мощность находится в фазе A, фаза B равна нулю. Ротор выровняется с фазой A. По мере того, как ток в фазе A уменьшается, он увеличивается в фазе B. Ротор будет делать крошечные шаги к фазе B, пока фаза B не достигнет своего максимума, а фаза A не станет нулевой. Процесс продолжается вокруг других фаз, и у нас есть микрошаг.

Есть некоторые проблемы, связанные с микрошагом, в основном с точностью и крутящим моментом. Поскольку фазы являются только фазами, только частично запитаны, крутящий момент двигателя снижается, как правило, примерно на 30%.Кроме того, из-за того, что разница крутящего момента между ступенями настолько мала, двигатель иногда не может справиться с нагрузкой. В таких случаях двигателю можно дать команду двигаться на 10 шагов, прежде чем он действительно начнет двигаться. Во многих случаях необходимо замкнуть цикл с помощью энкодеров, которые увеличивают цену.

Системы шаговых двигателей

  • Системы с открытым контуром
  • Системы с замкнутым контуром
  • Сервосистемы

Открытый контур

Шаговые двигатели

спроектированы как система с разомкнутым контуром.Генератор импульсов посылает импульсы в схему чередования фаз. Секвенсор фаз определяет, какие фазы необходимо отключить или включить, как описано в информации о полном шаге и полушаге. Секвенсор управляет полевыми транзисторами большой мощности, которые затем вращают двигатель.

Однако в системе с разомкнутым контуром нет проверки положения и невозможно узнать, выполнил ли двигатель заданное движение.

Замкнутый цикл

Самый популярный метод замыкания контура — установка энкодера на задний вал двигателя с двойным валом.Кодер представляет собой тонкий диск с линиями на нем. Диск проходит между передатчиком и приемником. Каждый раз, когда между ними появляется линия, на сигнальные линии выводится импульс. Эти импульсы возвращаются на контроллер, который ведет их подсчет. Обычно в конце перемещения контроллер сравнивает количество импульсов, отправленных водителю, с количеством импульсов, отправленных энкодером обратно. Обычно записывается процедура, согласно которой, если два числа различны, разница затем компенсируется.Если числа совпадают, ошибки не произошло и движение продолжается.

Этот метод имеет два недостатка: стоимость (и сложность) и отклик. Дополнительная стоимость энкодера, наряду с увеличением сложности контроллера, увеличивает стоимость системы. Кроме того, поскольку исправление (если оно есть) выполняется в конце хода, в систему может быть добавлено дополнительное время.

Сервосистема

Другим вариантом является сервосистема.Сервосистема, как правило, представляет собой двигатель с малым числом полюсов, обеспечивающий высокую скорость, но не имеющий встроенной функции позиционирования. Чтобы сделать его устройством положения, требуется обратная связь, обычно и энкодер или резольвер, и контуры управления. Сервопривод по существу включается и выключается, пока счетчик резольвера не достигнет определенной точки. Следовательно, сервопривод работает на основе ошибки. Например, сервопривод получает команду двигаться на 100 оборотов. Счетчик резольвера показывает ноль, и двигатель включается. Когда счетчик резольвера достигает 100 оборотов, двигатель выключается.Если положение отклоняется, двигатель снова включается, чтобы вернуть его в исходное положение. Как сервопривод реагирует на ошибку, зависит от настройки усиления. Если настройка усиления высока, двигатель будет очень быстро реагировать на любые изменения ошибки. Если настройка коэффициента усиления низкая, двигатель не будет так быстро реагировать на изменения ошибки. Задействованы любые настройки усиления по времени, временные задержки вводятся в систему управления движением.

Системы шаговых двигателей с замкнутым контуром AlphaStep

AlphaStep — революционный шаговый двигатель компании Oriental Motor.AlphaStep имеет встроенный резольвер, обеспечивающий обратную связь по положению. В любой момент времени мы знаем, где находится ротор.

Драйвер AlphaStep имеет входной счетчик. Подсчитываются все импульсы, поступающие на привод. Обратная связь резольвера поступает на счетчик положения ротора. Любое отклонение присутствует в счетчике отклонений. Обычно двигатель работает в разомкнутом контуре. Мы делаем векторы крутящего момента, и двигатель следует за ними. Если счетчик отклонения показывает что-то большее, чем ± 1,8°, то фазовращатель включает вектор крутящего момента в верхней части кривой смещения крутящего момента, генерируя максимальный крутящий момент, чтобы вернуть ротор в синхронное состояние.Если двигатель отключен на несколько ступеней, секвенсор активирует несколько векторов крутящего момента в верхней части кривой смещения крутящего момента. Водитель выдерживает перегрузку до 5 секунд. Если он не может вернуть двигатель в синхронизм в течение 5 секунд, водитель выдаст ошибку и отправит сигнал тревоги.

Отличительной особенностью AlphaStep является то, что он корректирует пропущенные шаги на лету. Он не ждет до конца движения, чтобы внести исправления. Как только ротор вернется в пределах 1.8°, драйвер возвращается в режим разомкнутого контура и посылает правильные фазовые включения.

На приведенном ниже графике показана кривая смещения крутящего момента, когда агрегат находится в режиме разомкнутого или замкнутого контура. Кривая смещения крутящего момента представляет собой крутящий момент, создаваемый одной фазой. Он создает максимальный крутящий момент, когда зубья ротора смещены на 1,8°. Двигатель может пропустить шаг только в том случае, если он промахивается более чем на 3,6°. Поскольку водитель берет на себя управление вектором крутящего момента, когда он отклоняется на 1,8°, двигатель не может пропускать шаги, за исключением случаев, когда он перегружен более чем на 5 секунд.

Многие считают, что точность шага AlphaStep составляет ± 1,8°. Точность шага AlphaStep составляет 5 угловых минут (0,083°). Водитель управляет векторами крутящего момента за пределами 1,8°. Оказавшись внутри 1,8°, зубья ротора выровняются с вектором создаваемого крутящего момента. AlphaStep следит за тем, чтобы правильный зуб совпадал с вектором крутящего момента.

AlphaStep доступен во многих версиях. ORIENTAL MOTOR предлагает версии с круглым валом и редуктором с несколькими передаточными числами для увеличения разрешения и крутящего момента или для уменьшения отраженной инерции.Почти все версии могут быть оснащены отказоустойчивым магнитным тормозом. ORIENTAL MOTOR также имеет версию 24 В постоянного тока, называемую серией ASC.

Заключение

Таким образом, шаговые двигатели отлично подходят для позиционирования. Шаговые двигатели можно точно контролировать как по расстоянию, так и по скорости, просто изменяя количество импульсов и их частоту. Их большое количество полюсов дает им точность, и в то же время они работают без обратной связи. Если размер шагового двигателя подобран правильно для приложения, шаговый двигатель никогда не пропустит ни одного шага.А поскольку им не нужна позиционная обратная связь, они очень экономичны.


Как шаговые двигатели обеспечивают точное управление

Шаговые двигатели используются в различных приложениях для обеспечения точного управления движением. Но что такое шаговый двигатель и как он работает? В этой статье подробно рассматриваются биполярные двигатели, объясняется, что они из себя представляют и как они работают, а также приводятся примеры их использования с различными типами пропорциональных клапанов для обеспечения точного управления.

Шаговые двигатели представляют собой бесщеточные двигатели постоянного тока, которые вращаются пошагово, задаваемым электронным контроллером или приводом, который обеспечивает необходимый ток через электромагниты, расположенные по кольцу как часть узла статора (неподвижная часть двигателя). Шаговые двигатели идеально подходят для приложений, требующих управления скоростью и положением, особенно на низких скоростях, таких как автоматизация, системы движения и 3D-принтеры. Благодаря своей внутренней конструкции, которая сводит к минимуму механические и электрические «задержки», возникающие в других двигателях, шаговые двигатели имеют замечательную точность остановки и быстродействие.Часто это делает шаговые двигатели идеальным выбором для синхронных и высокоточных операций.

Как работают шаговые двигатели?

Рис. 1. Схема шагового двигателя

В ядре шагового двигателя находится постоянный магнит и вал, расположенный по центру двух или более зубчатых роторов. Эти роторы имеют разную полярность из-за закрытого магнита и смещены друг относительно друга, чтобы лучше притягиваться к электромагнитным зубьям, покрывающим внутреннюю поверхность статора.У статора меньше зубьев, чем у каждого ротора, чтобы обеспечить полное выравнивание только в секциях (пластинах статора) вдоль пар катушек. Включение и выключение витых пар катушек заставляет вал вращаться на полный шаг за счет притяжения и отталкивания намагниченных зубьев.

Как рассчитать шаги шагового двигателя

Рис. 2. Расчет угла шага

Угол шага — это угол поворота, пройденный за один шаг. Это можно рассчитать одним из двух способов: либо путем деления полных 360 градусов двигателя на количество шагов, которые двигатель делает для совершения одного оборота, либо путем деления полных 360 градусов двигателя на удвоенное число зубьев ротора, умноженное на число зубьев ротора. фазы статора (рис.2).

Микрошаг

Одновременное управление токами через несколько пар катушек уменьшает общий ход/вращение за счет притяжения зубцов в двух направлениях вместо одного, создавая новые переходы набора половин, четвертей, восьмых или одной шестнадцатой ступени, известные как микрошаги. Микрошаг обеспечивает лучшее разрешение и снижает резонанс/вибрации, но также снижает крутящий момент и может отрицательно сказаться на точности.

Приводы и управление шаговыми двигателями

Подача питания на катушки шагового двигателя в правильной последовательности для достижения одного шага — сложная задача.Таким образом, фактическое управление обмотками двигателя обычно осуществляется с помощью драйвера. Существует два типа приводов шаговых двигателей — с постоянным напряжением (привод L/R) и постоянным током (привод с прерывателем). Приводы L/R в основном ограничены низкоскоростными приложениями, поэтому мы сосредоточимся на приводах с прерывателями. Если вам интересно узнать больше, в этой статье представлен хороший обзор различий между приводом L/R и приводом прерывателя.

Рис. 3. Взаимосвязь между нарастанием тока и индуктивностью

Драйверы

упрощают работу шагового двигателя, интерпретируя цифровой сигнал шага и направления от контроллера и соответствующим образом активируя обмотки двигателя.Вся электроника управляется законом Ома и зависимостью между нарастанием тока и индуктивностью (рис. 3). В шаговых двигателях конструкция двигателя (в отношении его катушек) предотвращает быстрое увеличение тока во время импульсов (командных сигналов), что означает, что ток никогда не может достичь своего пикового значения без очень высокого напряжения. Это проблема, потому что без достаточного тока крутящий момент будет низким, особенно на высоких скоростях двигателя. Чтобы бороться с этим, приводы прерывателей выполняют так называемую широтно-импульсную модуляцию (ШИМ).

Рис. 4. Напряжение и ток привода прерывателя

Широтно-импульсная модуляция (ШИМ)

Широтно-импульсная модуляция

(ШИМ) включает в себя очень быстрое включение и выключение выходного напряжения двигателя на каждом шаге. Это обеспечивает очень высокое напряжение на обмотках двигателя (обычно в 8 раз больше, чем номинальное напряжение двигателя), что вызывает быстрый рост тока и становится выше, чем в противном случае. Это действие включения и выключения обычно происходит на частоте 20 кГц или выше, но на «время включения» напряжения влияет импеданс катушки и скорость двигателя, поэтому на более высоких скоростях напряжение длится дольше (большая ширина импульса). для получения среднего тока на правильном уровне (рис.3).

Преобразователи шагового двигателя

Преобразователи шагового двигателя регулируются токоизмерительным резистором, включенным последовательно с каждой катушкой. Резистор создает напряжение на себе, которое затем контролируется компаратором. Когда это напряжение достигает заданного опорного напряжения, оно «обрезается» (выключается) до тех пор, пока не появится следующий импульс. Это позволяет среднему току быть стабильным, несмотря на любые изменения напряжения питания, и повышает эффективность, обеспечивая максимально короткие интервалы между пиками и впадинами тока.

Линейные приводы с шаговым двигателем

Шаговый двигатель может иметь вал с резьбой, прикрепленный к его вращающемуся сердечнику, который затем можно использовать для толкания или вытягивания надетой на него гайки, перемещая ее в осевом направлении. Шаг резьбы определяет, насколько далеко может двигаться гайка за шаг, при этом разрешение/точность частично определяется углом шага, используемым шаговым двигателем (полный, половинный, четверть и т. д.). Как и большинство линейных систем, линейный привод с шаговым приводом может быть подвержен люфту. Люфт возникает из-за «люфта» или «люфта» между резьбой гайки и резьбой ходового винта.Наличие зазора между резьбами приводит к мертвой зоне при изменении направления движения. При изменении направления линейный привод не будет двигаться до тех пор, пока не будет удален зазор между резьбами (резьба снова соприкоснется). По этой причине рекомендуется, чтобы резьба имела максимально возможный допуск. Конструкторы должны работать, чтобы сбалансировать люфт и трение, возникающее при ужесточении допусков.

Пропорциональные клапаны Clippard с шаговым управлением

Clippard предлагает два разных пропорциональных клапана управления потоком с шаговым управлением, пропорциональный игольчатый клапан серии SCPV и новый пропорциональный запорный клапан серии Eclipse.Серия SCPV компании Clippard использует шаговый двигатель для управления расстоянием между иглой и седлом клапана. Точный пропорциональный поток достигается за счет регулировки положения иглы. Из-за типа линейного привода с шаговым двигателем, используемого в SCPV, не рекомендуется применять микрошаги за пределами полушага. Рекомендуется полный шаг, который соответствует линейному перемещению 0,001 дюйма, что дает разрешение потока воздуха 0,7 л/мин.

В новой серии Clippard Eclipse шаговый двигатель оснащен линейным приводом с малым шагом, который перемещается всего на 0.00006″ за шаг для перемещения специальной керамической пластины с прорезями. Керамика используется для перемычки двух портов через вторую керамическую пластину под ней. Пропорциональный поток достигается за счет регулировки степени перекрытия («затмения») между прорезью и портами. Eclipse рассчитан на переход от закрытого состояния к открытому приблизительно за одну шестнадцатую дюйма, что соответствует 1125 шагам разрешения. Это число можно значительно увеличить, внедрив микрошаговый режим — переход на одну шестнадцатую шага приведет к 18 000 шагам разрешения. разрешающая способность.Один шестнадцатый шаг этого уникального пропорционального запорного клапана регулирует поток примерно на 13 микролитров (мкл/мин) воды.

Хотя шаговые двигатели могут показаться сложными по сравнению со стандартным двигателем постоянного тока, как мы показали, их основные операции на самом деле довольно просты. Их уникальная внутренняя конструкция обеспечивает исключительную точность останова и быстродействие, что делает шаговые двигатели идеальным выбором для использования в самых разных приложениях, требующих точного управления.

Если у вас есть вопросы о шаговых двигателях или вы хотите узнать больше об использовании пропорционального регулирующего клапана с шаговым управлением в вашем приложении, найдите ближайшего дистрибьютора Clippard или свяжитесь с Clippard сегодня.

Джесс Кенигер • Инженер-конструктор • Clippard

 

 

Как управляются шаговые двигатели? — Регулятор скорости шаговых двигателей

Шаговые двигатели управляются электрическими импульсами. Вал этих двигателей вращается на фиксированный угол с перерывами. Теперь, как их скорость контролируется? На этой странице дается простое объяснение того, как управлять скоростью шаговых двигателей.

Что такое шаговый двигатель

Шаговые двигатели — это двигатели, которые вращаются фиксированными прерывистыми шагами.Движение секундной стрелки аналоговых часов — знакомый пример использования этой функции на практике. Угол и скорость вращения шаговых двигателей можно просто и точно контролировать с помощью входных импульсов. Эта возможность используется в широком спектре оборудования и электронных устройств.

Для получения дополнительной информации о шаговых двигателях посетите следующую страницу:

Что такое шаговый двигатель?

Преимущества и недостатки шаговых двигателей

Основные характеристики шаговых двигателей следующие.

Преимущества
  • Точное позиционирование может быть достигнуто с помощью управления без обратной связи
  • Угол поворота определяется количеством импульсов (цифровой вход), поэтому управление положением простое
  • Может вращаться на малых скоростях
  • Превосходная способность оставаться на месте при остановке

Их способность обеспечивать простое и точное позиционирование без использования датчика для определения положения вала является одним из основных преимуществ шаговых двигателей.

Недостатки
  • Склонен к потере синхронизации при неожиданном изменении нагрузки, например, при работе на высокой скорости или при резких изменениях скорости
  • Склонен к вибрации и шуму
  • Ток продолжает течь при удержании положения (когда ротор заблокирован), что приводит к высокому энергопотреблению и выделению тепла

Несмотря на простоту управления, шаговые двигатели плохо справляются с внезапными изменениями нагрузки.Их конструкция также делает их подверженными вибрации и шуму. Однако эти недостатки не являются фатальными и могут быть преодолены при соответствующем контроле.

Управление шаговыми двигателями

Шаговые двигатели управляются без обратной связи. Это означает, что управление осуществляется путем односторонней передачи командных сигналов от контроллера более высокого уровня к двигателю. Это делает управление шаговым двигателем очень простым, устраняя необходимость в датчиках и обратной связи.

При использовании стандартного метода управления последовательностью импульсов шаговый двигатель управляется программируемым контроллером (генератором импульсов), генерирующим импульсы, которые поступают на вход драйвера, который, в свою очередь, подает ток привода на двигатель.

Если расширенное управление не требуется, можно также включить функцию контроллера (генерация импульсов) в драйвер. В этом случае программируемый контроллер с собственным блоком ввода-вывода используется для отправки драйверу команд пуска и останова. Затем драйвер управляет подачей тока привода на шаговый двигатель на основе этих команд.

Регулятор скорости шаговых двигателей

Как объяснялось выше, шаговые двигатели управляются входными электрическими импульсами.

Импульсы имеют частоту, при этом количество импульсов в секунду (pps) называется «частотой импульсов».

Вращение шагового двигателя пропорционально количеству входных импульсов, что обеспечивает точное позиционирование. Это вращение двигателя (угол) можно рассчитать следующим образом.

Вращение двигателя (°) = угол шага (°/шаг) × количество импульсов

Точно так же скорость шагового двигателя пропорциональна частоте входных импульсов. Более высокая частота импульсов (более высокая частота импульсов) вызывает пропорциональное увеличение скорости вращения шагового двигателя.Эта скорость двигателя (оборотов в минуту, об/мин, об/мин) может быть рассчитана следующим образом.

Скорость двигателя (об/мин) = угол шага (°/шаг) ÷ 360 (°) × частота импульсов (Гц) × 60

Эта характеристика вращения двигателя, идеально синхронизированная с частотой импульсов, делает шаговые двигатели привлекательными. С другой стороны, потеря синхронизации между входными импульсами и вращением двигателя может произойти из-за перегрузки или внезапных изменений скорости.

Существует два различных режима работы шаговых двигателей, которые называются профилем движения с постоянной скоростью и профилем движения с ускорением/замедлением.Первый мгновенно меняет скорость вращения двигателя. Этот режим, также называемый прямоугольным профилем движения, ограничен рабочим диапазоном, в пределах которого двигатель может самостоятельно запуститься (немедленно набрать скорость). Если для этого ускорения доступен достаточный крутящий момент, этот режим очень прост с постоянной частотой импульсов.

Однако, если не удается создать достаточный ускоряющий момент, результатом является потеря синхронизации. В этом случае вместо этого необходимо использовать профиль движения ускорения/замедления.Это включает в себя постепенное изменение частоты пульса, чтобы обеспечить время для ускорения и замедления. Этот режим, также называемый трапециевидным профилем движения, расширяет рабочий диапазон, за пределами которого двигатель может самостоятельно запускаться. Однако, поскольку внезапное ускорение или замедление может привести к потере синхронизации, необходимо соблюдать осторожность при определении того, как изменить скорость двигателя (частоту импульсов) вверх и вниз.

Профиль движения с постоянной скоростью
(прямоугольный профиль движения)

Профиль движения ускорения/замедления
(профиль трапециевидного движения)

Скорость шаговых двигателей регулируется входными импульсами

Шаговые двигатели вращаются с фиксированными шагами.Они используют управление без обратной связи и управляются тем, что контроллер генерирует импульсы, которые вводятся в драйвер, который, в свою очередь, подает ток привода на двигатель. Шаговые двигатели управляются входными электрическими импульсами, так что скорость вращения двигателя пропорциональна частоте входных импульсов. Поскольку управление скоростью этих двигателей является важным фактором, который следует учитывать, чтобы избежать таких проблем, как потеря синхронизации, важно иметь хорошее представление о том, как они управляются.

Решение проблем с шаговыми двигателями

ASPINA поставляет не только автономные шаговые двигатели, но и системные продукты, включающие системы привода и управления, а также механические конструкции. Они подкреплены всесторонней поддержкой, которая простирается от прототипирования до коммерческого производства и послепродажного обслуживания.
ASPINA может предложить решения, адаптированные к функциям и характеристикам, требуемым в различных отраслях промышленности, областях применения и потребительских продуктах, а также для ваших конкретных производственных схем.

ASPINA поддерживает не только клиентов, которые уже знают свои требования или спецификации, но и тех, кто сталкивается с проблемами на ранних стадиях разработки.
Вы боретесь со следующими проблемами?

Выбор двигателя
  • У вас еще нет подробных спецификаций или проектных чертежей, но вам нужен совет по двигателям?
  • У вас нет штатного специалиста по двигателям, и вы не можете определить, какой тип двигателя лучше всего подойдет для вашего нового продукта?
Разработка двигателя и связанных с ним компонентов
  • Хотите сосредоточить свои ресурсы на основных технологиях и заказать приводные системы и разработку двигателей на стороне?
  • Хотите сэкономить время и силы на перепроектирование существующих механических компонентов при замене двигателя?
Уникальное требование
  • Вам нужен нестандартный двигатель для вашего продукта, но ваш обычный поставщик отказался?
  • Не можете найти двигатель, который дает вам требуемый контроль, и почти теряете надежду?

Ищете ответы на эти вопросы? Свяжитесь с ASPINA, мы здесь, чтобы помочь.

Ссылки на глоссарий и страницы часто задаваемых вопросов

Основы шагового двигателя

Что такое шаговый двигатель?

Шаговый двигатель представляет собой тип бесщеточного электродвигателя постоянного тока, который перемещается под определенными углами, называемыми шагами, путем преобразования серии электрических импульсов во вращательное движение. Они не будут производить непрерывное движение от постоянного входного напряжения, и оно будет оставаться в определенном положении, пока питание включено. Шаговые двигатели управляются с помощью дискретных электрических импульсных сигналов.Каждый импульс будет вращать вал шагового двигателя на фиксированный угол, называемый «шагом». ISL Products может предложить шаговые двигатели с несколькими различными углами шага (0,45°, 0,9°, 1,8°). ISL предлагает консьерж-подход, гарантируя, что наши шаговые двигатели будут работать так, как задумано в вашем приложении. Вы можете узнать больше о нашем специальном подходе, прочитав недавнее тематическое исследование.

Если импульсы выполняются в указанной последовательности, двигатель будет вращаться непрерывно; скорость может контролироваться скоростью, с которой посылаются импульсы.Эти естественные углы шага позволяют точно позиционировать шаговый двигатель без накопления ошибки. Шаговый двигатель создает выходной крутящий момент за счет взаимодействия магнитного поля в роторе и статоре. Напряженность магнитного поля пропорциональна количеству тока, подаваемого на обмотки, а также количеству витков в обмотках.

Шаговые двигатели

занимают уникальную нишу в мире управления двигателями. Эти двигатели обычно используются в приложениях измерения и управления в различных отраслях промышленности.Примеры приложений включают струйные принтеры, станки с ЧПУ, 3D-принтеры, автоматизацию и упаковочные машины, системы безопасности и наблюдения, медицинские инструменты и оборудование, робототехнику и торговые автоматы. Если вы думаете об использовании шагового двигателя в своем следующем проекте, проконсультируйтесь с нашими инженерами уже сегодня!

Магазин Моторс

Конструкция шагового двигателя

Шаговый двигатель состоит из постоянного магнита, зажатого между двумя половинами ротора (вызывающего осевую полярность), которые составляют вращающуюся часть двигателя, помещенного в корпус статора, где проволочные катушки статора образуют разные фазы двигателя.В двухфазном шаговом двигателе каждая фаза имеет четыре катушки. Фаза намагничивается там, где фазы А и А (или В и В) намагничиваются одновременно, так что обе фазы А намагничиваются как один полюс, а обе фазы А намагничиваются как противоположный полюс, потому что направление обмотки А-фазы противоположно направлению намотки А-фазы.

 

Конструкция шагового двигателя

Ротор соединен с валом двигателя, что обеспечивает выходное вращение и крутящий момент двигателя при подаче на обмотки двигателя импульсов напряжения и тока.Подшипники с обеих сторон ротора обеспечивают плавное вращение с минимальным трением и износом. Подшипники размещаются в предназначенных для них местах в передней и задней торцевых крышках, что обеспечивает концентричность ротора внутри статора. Идеальное выравнивание ротора и статора очень важно, потому что воздушный зазор между ними, где создается крутящий момент двигателя, должен быть одинаковым со всех сторон и иметь ширину всего несколько нанометров — тоньше пряди волоса. Если у вас возникли проблемы с определением точных требований, позвольте нам помочь.Пожалуйста, посетите наше руководство по выбору двигателя для получения дополнительной помощи.

Информация о продукте

Уникальные особенности и преимущества шаговых двигателей

  • Бесщеточный — шаговые двигатели являются бесщеточными, что означает их высокую надежность при минимальном техническом обслуживании. Коллектор и щетки обычных двигателей являются одними из наиболее подверженных отказам компонентов, и они создают электрические дуги, которые нежелательны или опасны в некоторых условиях.
  • Независимая от нагрузки — Шаговые двигатели будут вращаться с заданной скоростью независимо от нагрузки, пока нагрузка не превышает номинальный крутящий момент для двигателя.
  • Работа без обратной связи — Шаговые двигатели перемещаются с количественными приращениями или шагами. Пока двигатель работает в соответствии со спецификацией крутящего момента, положение вала всегда известно без необходимости в механизме обратной связи.
  • Удерживающий момент — Шаговые двигатели способны удерживать вал в неподвижном состоянии.
  • Отличный отклик на запуск, остановку и реверс.
  • По своей природе более отказоустойчив, чем двигатели с сервоуправлением.

ISL Products может предложить широкий выбор шаговых двигателей для удовлетворения всех ваших потребностей.Если вы ищете конкурентоспособное предложение, мы можем помочь с этим тоже!

Все о шаговых двигателях: что это такое и как они работают

Электродвигатель является основным механизмом современного мира и находит применение в любой отрасли благодаря разнообразию конструкции.

Поскольку существует несколько способов использования электроэнергии для создания движения, в настоящее время на рынке представлено множество типов электродвигателей (как переменного, так и постоянного тока), и каждый из них обеспечивает преимущества, подходящие для уникальных приложений.Эта статья будет посвящена шаговому двигателю, обычному двигателю постоянного тока с множеством форм и функций. В этой статье будет дан общий обзор этих двигателей и их рабочих характеристик, а также области применения, в которых чаще всего встречаются шаговые двигатели.

Что такое шаговые двигатели?

Шаговые двигатели представляют собой тип бесщеточного двигателя постоянного тока, но существует много общего между шаговыми двигателями, синхронными двигателями и двигателями с постоянными магнитами. Специфику каждого из них можно найти в наших статьях о бесщеточных двигателях постоянного тока, синхронных двигателях и двигателях с постоянными магнитами, но знайте, что «бесщеточный» двигатель просто означает, что в нем не используется тот же механизм, который используется в других распространенных двигателях постоянного тока, а именно щетки и коммутаторы.Они состоят как из статора, так и из ротора, где статор имеет отдельные, равномерно расположенные обмотки из токопроводящего провода, известные как полюса. Когда на обмотки статора подается питание, эти полюса будут притягивать магнитный ротор и перемещать его дискретными долями оборотов или «шагами». Другими словами, ротор перемещается от одного магнитного полюса к другому, обеспечивая точные, эквидистантные вращательные движения. Это также означает, что точное положение ротора всегда известно и не требует коррекции или «замкнутой обратной связи», что делает шаговые двигатели привлекательной конструкцией с «открытой обратной связью».Вращение выходного вала шагового двигателя также прямо пропорционально частоте входного тока, что делает их типом синхронного двигателя постоянного тока.

Как работают шаговые двигатели?

Шаговые двигатели, по сути, являются двигателями постоянного тока с постоянными магнитами, что означает, что их ротор состоит из магнитов с установленными полюсами север-юг, которые выглядят как зубья на зубчатых колесах. Статор имеет свой набор полюсов, которые выполнены из проволочных намоток вокруг выступов внутри корпуса. Статор возбуждается постоянным током, чтобы индуцировать магнитные поля в его обмотках, и они делают это «в фазе», возбуждая только определенные пары полюсов в любой момент времени.Эти группы полюсов статора включаются и выключаются с помощью пульсирующего постоянного тока (создающего разные фазы) таким образом, что ротор магнитно притягивается от одного полюса статора к следующему в последовательности, тем самым создавая дискретное ступенчатое вращение.

Таким образом, их вращательный выход не является непрерывным, поэтому входная мощность должна каким-то образом контролироваться, чтобы точно включать и выключать группы полюсов статора. Это достигается с помощью шаговых контроллеров или приводов, которые выпускаются во многих готовых вариантах, таких как ИС или готовые схемы, и питают полюса в различных схемах для создания дискретных движений определенного размера.Эти приводы часто бывают четырех основных разновидностей: волновые приводы, полношаговые приводы, полушаговые приводы и микрошаговые приводы, хотя существуют и другие. Каждая из них представляет собой разные импульсы, которые многократно возбуждают полюса статора и, следовательно, изменяют движение ротора. На рис. 1 показаны некоторые графики, визуализирующие импульсы, проходящие через каждый привод, а серые полосы под ними представляют дискретные положения ротора, когда он притягивается магнитными полями, создаваемыми этими импульсами.

Рис. 1: ток возбуждения для шагового двигателя с 4 катушками (4 «фазы»).Обратите внимание на импульсы и их отношение к различным дискретным шагам, предпринимаемым ротором, представленным блоками в оттенках серого.

Используя либо большее количество полюсов в роторе и статоре, либо микрошаговый привод, шаговые двигатели могут имитировать непрерывное вращение, сохраняя при этом точность. Это связано с тем, что угол поворота между каждым дискретным шагом крошечный, что приближается к непрерывности. Хотя эти двигатели не являются действительно непрерывными, они абсолютно необходимы для технологии точного позиционирования, где необходимо останавливать и удерживать вращение под точным углом.

Технические характеристики шагового двигателя

Ниже приведены некоторые характеристики, которые помогут разработчикам выбрать правильный шаговый двигатель для своего проекта. Эти спецификации отличаются от тех, которые используются для выбора асинхронных двигателей и других подобных подтипов, поскольку шаговые двигатели часто служат совсем другим целям.

Максимальный удерживающий момент

Максимальный удерживающий момент — это максимальный момент, когда двигатель включен, но не вращается. Это полезно для приложений, где угловые положения должны оставаться неподвижными, когда на вал двигателя действует внешний крутящий момент.

Инерция ротора

Инерция ротора показывает, насколько «легко» или «сложно» запустить или остановить ротор. Он используется при расчете скорости изменения крутящего момента при достижении номинальной скорости или момента ускорения.

Номинальный ток

Номинальный ток — это величина тока, непрерывно протекающего через обмотки статора при остановленном двигателе. Это происходит из-за повышения температуры двигателя в состоянии покоя.

Ошибка базового угла шага и угловой передачи

Базовый угол шага — это количество градусов, на которое ротор проходит от одного импульса входа.Он описывает каждый «шаг» в двигателе, по крайней мере, в теории. Ошибка угловой передачи является более реалистичной величиной, которая описывает разницу между базовым углом шага и фактическим углом выходного вала. Это может быть связано с люфтом или с «покачиванием» выходного вала в неподвижном состоянии.

Допустимый крутящий момент и максимальный крутящий момент

Неудивительно, что допустимый крутящий момент — это допустимый крутящий момент, который может быть передан двигателю. Никакое значение крутящего момента при запуске, ускорении, установившемся режиме и замедлении не должно превышать этот показатель, иначе двигатель будет поврежден.Максимальный крутящий момент — это максимальное значение крутящего момента, достигаемое обычно только в течение короткого времени во время запуска/замедления.

Допустимый диапазон скоростей

Это допустимый диапазон скорости шагового двигателя при вращении выходного вала. Двигатель всегда должен работать в этом диапазоне, чтобы обеспечить наилучшие результаты и предотвратить проблемы с двигателем.

Применение и критерии выбора

Эти двигатели с их точностью и открытой конструкцией обратной связи делают то, что многие другие электродвигатели не могут.Хотя это не лучший выбор для высокоскоростных или непрерывных выходных операций, их крутящий момент доступен в состоянии покоя, они имеют отличную повторяемость движений с некумулятивной погрешностью, они реверсивны, надежны, просты в изготовлении и эксплуатации и могут работать в широком диапазоне. скоростей. Единственным существенным недостатком шаговых двигателей является их необходимость в электронном управлении, где любое нарушение в электронике будет напрямую влиять на выходные характеристики. Они также менее эффективны, чем другие двигатели постоянного тока, и, как правило, неуправляемы на высоких скоростях из-за характера их постоянно переключающихся полюсов.

Эти двигатели имеют множество применений, поскольку они бывают самых разных размеров, форм и номиналов. Они могут варьироваться от размеров небольшой мощности, отлично подходящих для робототехники, жестких дисков, компьютерных систем управления, приводов электрических часов, принтеров и медицинского оборудования. Размеры большой мощности хороши для военной техники, станков, научно-исследовательского оборудования и многого другого.

Простота шаговых двигателей как в конструкции, так и в эксплуатации дает им возможность работать практически в любом месте, а их доступность и низкая стоимость делают их отличным выбором для общего применения.Если проект не требует высоких скоростей, мощности или высокого входного тока, шаговый двигатель может просто работать. Как всегда, ищите правильные спецификации и определяйте желаемые выходные характеристики, а затем используйте то, что вы узнали здесь, чтобы решить, подходит ли шаговый двигатель для этой работы.

Резюме

В этой статье представлено понимание того, что такое шаговые двигатели и как они работают. Для получения дополнительной информации о сопутствующих продуктах обратитесь к другим нашим руководствам или посетите платформу поиска поставщиков Thomas, чтобы найти потенциальные источники поставок или просмотреть сведения о конкретных продуктах.

Источники:

  1. https://wp.optics.arizona.edu
  2. https://itp.nyu.edu/physcomp/lessons/dc-motors/dc-motors-the-basics/
  3. http://www2.mae.ufl.edu

Другие товары для двигателей

Другие товары от Машины, инструменты и расходные материалы

Обнаружение опрокидывания на основе обратной ЭДС

упрощает проектирование шаговых двигателей

Инновационное обнаружение опрокидывания на основе противо-ЭДС упрощает проектирование шаговых двигателей

Дэн Жак, Allegro MicroSystems, LLC

Скачать PDF-версию

Шаговые двигатели обеспечивают значительно большую гибкость и управления, чем традиционные непрерывно вращающиеся электрические двигатели, и они широко используются в различных промышленных, потребительские и автомобильные приложения.Множество приложений требуют надежного обнаружения достижения механического конечная точка без использования внешнего датчика и остановка двигателя Вместо этого можно использовать обнаружение. В этой статье описывается инновационный метод обнаружения останова шагового двигателя и его заявление.

Введение в шаговые двигатели

Общее определение шагового двигателя — это электромеханический машина, которая перемещает вал ротора с небольшой точностью приращения без обратной связи для управления скоростью двигателя. Степпер двигатели имеют ряд преимуществ:

  • демонстрируют хорошую стабильность скорости при нагрузке колеблется, потому что шаговый двигатель может поддерживать постоянный крутящий момент;
  • имеют хорошие пусковые характеристики, с максимальным крутящий момент при нулевой скорости;
  • имеют широкий динамический диапазон и могут быстрее разгоняться чем серводвигатели;
  • из-за узости угла шага, шаговые двигатели имеют небольшие механические переходные характеристики, которые делает возможным управление положением и скоростью без сложный контур управления.

Таким образом, стоимость приводных решений для шаговых двигателей очень высока. доступный.

Степперы имеют определенные недостатки; несмотря на то что, достижения в области электроники помогли свести к минимуму их эффекты. Операция разомкнутого цикла не может предоставить информацию об абсолютном положении или о том, реагирует ли двигатель для ввода команд. Резонанс может вызвать вибрацию, если двигатель скорость или ток обмотки не контролируются должным образом. Моторы может потерять шаг, если скорость слишком высока.

Рис. 1. Шаговые двигатели

Шаговые двигатели бывают разных размеров и уровней мощности, с множеством вариантов точности шаговых характеристик.


Рисунок 2: ИС контроллера

Полнофункциональные интегральные схемы контроллеров с высокой степенью интеграции доступны в стандартных отраслевых низкопрофильных корпусах для поверхностного монтажа с теплорассеивающими прокладками.

Требование для обнаружения опрокидывания

В практических системах требуется средство обнаружения остановки определить, когда ротор неподвижен, что может быть вызвано любым из нескольких условий. Вращение электрического поле, генерируемое драйвером, может потерять синхронность с механическое вращение статора или механическая нагрузка может превышать расчетные пределы двигателя.Любая преграда пути нагрузки, включая фиксированный механический упор, также может привести к остановке двигателя, но в этих случаях без информацию об абсолютном положении, двигатель попытается проехать через препятствие, чтобы убедиться, что нагрузка достигает конечной точки. Это может привести к износу, слышимому шум, нагрев и механические неисправности. Кроме того, вождение шаговый двигатель в фиксированный упор по своей конструкции по своей сути уменьшает эффективность системы, которая имеет решающее значение для аккумуляторных батарей. Приложения.

Чтобы смягчить эти негативные эффекты, электронный встроенный Функция обнаружения опрокидывания может использоваться, чтобы убедиться, что нагрузка достиг желаемого положения или уведомить пользователя, если нагрузка затруднено. Когда абсолютное позиционирование не требуется, электронное обнаружение сваливания часто может заменить дорогостоящее муфта проскальзывания или оптический энкодер для обнаружения остановки. Некоторые распространенные приложения, требующие этого типа стойла обнаружения показаны на рисунке 3.

Рис. 3. Типичные области применения, требующие обнаружения останова шаговых двигателей

Как работает обнаружение остановки

Электронное обнаружение опрокидывания работает путем измерения эффекта заднего хода. ЭДС от количества циклов ШИМ.Когда двигатель остановлен или двигаясь медленно, обратная ЭДС небольшая, чтобы препятствовать току в фазных обмотках. Это позволяет току подняться до предела быстро и активировать ШИМ-управление током. Однако, когда двигатель вращается с нормальной рабочей скоростью, противо-ЭДС создаваемые полями магнитных полюсов, проходящих над фазные обмотки действуют против напряжения питания и уменьшают время нарастания фазного тока. Таким образом, управление током ШИМ активация занимает больше времени. Предполагая постоянную скорость шага, это приводит к меньшему количеству циклов ШИМ для каждого шага двигателя.

Этот эффект можно увидеть на рисунке 4. Две фазы обмотки текущие отображаются со смещением, чтобы каждый шаг отображался наложенным друг на друга. Фаза B задерживается на 90 электрических градусов. Это позволяет напрямую сравнивать тока обмотки. Когда ток фазы B растет, двигатель все еще работает нормально, а обратная ЭДС ограничивает текущее время нарастания.

Опрокидывание применяется в момент времени t = –4 мс. Визуальное сравнение показывает что ток фазы A растет немного быстрее, что приводит к остановке устройства. применять больше циклов ШИМ для управления током.Эти дополнительные циклы обеспечивают разницу в счете, необходимую для обнаружения остановки условие. Срыв обнаружен в момент времени t = 0,

.

Рис. 4. Типичное поведение шаговых двигателей

Метод определения остановки

Каждая фаза обмотки двигателя имеет ШИМ-счетчик, который накапливает количество событий лимита тока на каждом полном шаге, от нуля до полный ток. Допустимая разница в счетах запрограммирована в регистр бортовой диагностики ИС.Остановка обнаруживается, когда количество падает ниже запрограммированного значения.

Фазовые ограничения электронного обнаружения опрокидывания

Для электронного обнаружения опрокидывания требуется несколько условий. работать должным образом. Перед остановкой двигатель должен был шагать достаточно быстро, чтобы обратная ЭДС уменьшила фазный ток скорость нарастания. Кроме того, двигатель не может работать в полношаговом режиме. схема фазных токов должна соответствовать токам 0% и 100% при шаги 0, 16, 32 и 48, и обе фазы должны иметь одинаковый профиль.

Сценарии обнаружения останова

Существует много факторов, которые могут способствовать остановке, поэтому важно использовать продвинутую ИС, которая правильно оценивает сваливание сигналов, например, показанных на рис. 4. На следующих рисунках представлены два альтернативных сценария, и производительность продемонстрирован метод обнаружения Allegro IC.

Сценарий жесткого (закрытого) стойла

Вращающийся ротор был остановлен примерно за 2 мс до остановки Сигнал обнаружения указывал на неисправность, переходя в низкий уровень.Обратите внимание, как фаза ток сохраняет свою форму, даже если количество ШИМ циклов увеличилось (см. рис. 5).

Рис. 5. Типичное поведение при жестком останове

Мягкий (частичный) сценарий остановки

Во многих случаях заклинивание ротора не заблокировано, и ротор вибрирует при подаче управляющих токов. В этих случаях может быть сложно чтобы обнаружить остановку, поскольку кажется, что двигатель все еще движется. То Драйверы шаговых двигателей Allegro обеспечивают обнаружение останова благодаря используется дифференциальный метод.При частичном срыве выход неисправности постоянно меняет состояние, указывая на то, что ротор входит в блокировку и выходит из нее (см. рис. 6).

Рис. 6. Типичное поведение при плавном останове

Продукты для обнаружения опрокидывания

В следующей таблице приведены функции некоторых расширенных Устройства Allegro с функцией обнаружения останова. Дополнительная информация о эти устройства доступны на веб-сайте Allegro, www.allegromicro. ком.

Интерфейсы управления Интерфейсы управления
А3981 А4979 А4980
Совместимость с SPI или пошаговое и направленное движение
управление
Совместимость с SPI или управление пошаговым и направленным движением
Совместимость с SPI или управление пошаговым и направленным движением
Широкие возможности настройки через последовательный порт
Широкие возможности настройки через порт SPI Широкие возможности настройки через порт SPI
Рабочее питание 28 В при 1.Выход 4 А на фазу
Питание 50 В при выходном токе 1,5 А на фазу
Питание 50 В при выходном токе 1 А на фазу
Монитор перенапряжения питания отключает выходы
, когда питание превышает VBBOV

Автоматические режимы спада тока с синхронным выпрямлением

Автоматические режимы спада тока с синхронным выпрямлением
Автоматические режимы спада тока с синхронным выпрямлением
Горячее и холодное предупреждение о перегреве и отключение
Горячее и холодное предупреждение и тепловое отключение
Горячее и холодное предупреждение и тепловое отключение
Блокировка минимального напряжения Блокировка при пониженном напряжении Блокировка при пониженном напряжении
Функции обнаружения опрокидывания при открытой нагрузке и обнаружение короткозамкнутой нагрузки

Функции обнаружения останова при открытой нагрузке и обнаружение короткого замыкания нагрузки
Функции обнаружения останова при открытой нагрузке и обнаружение короткого замыкания нагрузки
Небольшой 28-выводной корпус с улучшенными тепловыми свойствами Небольшой 28-выводной корпус с улучшенными тепловыми свойствами Небольшой 28-выводной корпус с улучшенными тепловыми свойствами
Интерфейсы управления (см. рис. 7):
Последовательный порт или шина SPI
Шаг и направление (параллельный)
(см. рис. 7):
Последовательный порт или шина SPI
Шаг и направление (параллельный)
(см. рис. 7):
Последовательный порт или шина SPI
Шаг и направление (параллельный)
K (от –40°C до 125°C) диапазон рабочих температур окружающей среды

G (от –40°C до 105°C) диапазон рабочих температур окружающей среды

K (от –40°C до 125°C) рабочая температура окружающей среды
диапазон температур
Сертификация AEC-Q100



Рис. 7. Типовые схемы применения

Как использовать шаговый двигатель?

Управление шаговыми двигателями — обширная тема, и эта статья представляет собой упрощенное руководство для начинающих по использованию шаговых двигателей.Он охватывает основы работы шаговых двигателей. Его цель — помочь новичкам запустить шаговые двигатели.

Чтобы водить шаговый мотор, вы обычно нуждаетесь в следующем оборудовании:

  • Шаговый двигатель
  • Stear Motor Driver
  • Контроллер
  • Коммутационный источник питания

2 Как выбрать правильное оборудование

1. Шаговый двигатель

Шаговый двигатель — это электромагнитное устройство, которое перемещается дискретными шагами.Он имеет несколько катушек, которые организованы в фазы. Когда на каждую фазу по очереди подается питание, это заставляет двигатель двигаться. Благодаря шаговым двигателям вы можете добиться точного позиционирования и контроля скорости. Существует три основных способа управления шаговым двигателем. Этими тремя способами управления являются полношаговый привод, полушаговый привод и микрошаг.

Вам необходимо выбрать правильный шаговый двигатель для ваших требований к скорости и крутящему моменту на основе таких данных, как размер корпуса, угол шага, удерживающий момент, номинальный ток, количество выводов, а также униполярный или биполярный.Далее я объясню некоторые из этих важных концепций.

Nema: Nema не является стандартом для электрических характеристик шаговых двигателей. Это просто стандарт для лицевых панелей и монтажных отверстий, облегчающий взаимозаменяемость двигателей. Например, «17» в «NEMA 17» относится к размеру лицевой панели, который в стандарте NEMA представляет собой «число» NEMA, деленное на 10 дюймов. Таким образом, двигатель NEMA 17 имеет лицевую панель шириной примерно 1,7 дюйма.

Угол шага: Угол шага указывает угол поворота шагового двигателя, когда система управления посылает сигнал шагового импульса.Угол шага обычного двухфазного шагового двигателя составляет 0,9°/1,8°, трехфазного шагового двигателя — 1,2°, а пятифазного шагового двигателя — 0,72°.

Скорость-момент: Рабочие характеристики шаговых двигателей на низких скоростях имеют большее практическое значение. Шаговые двигатели обычно работают со скоростью от 300 до 600 об/мин. Учитывая, что пользователь использует механическое редукционное устройство для переноса нагрузки, нормальная скорость двигателя часто выбирается на уровне десятков об/мин, чтобы обеспечить достаточный крутящий момент для двигателя.При этом двигатель обеспечивает высокое усилие, высокий КПД и низкий уровень шума.

Что касается проблемы с вибрацией, то ее следует решить путем увеличения деления привода. Подразделение — это управление приводом двигателя после того, как каждый импульс, отправленный вышестоящим компьютером, подразделяется на множитель, установленный приводом. Проще говоря, это уменьшение угла шага двигателя на множитель деления.

Формула расчета скорости двигателя: Скорость двигателя (единица измерения: об/мин) = частота импульсов (единица измерения: Гц)*60/дел.

Удерживающий момент: Удерживающий момент — это величина крутящего момента, необходимая для перемещения двигателя на один полный шаг, когда катушки находятся под напряжением, а ротор неподвижен. Обмотка шагового двигателя находится под напряжением, даже если сам ротор неподвижен. Это необходимо для удержания груза на месте в неподвижном состоянии.

Тип вала: Вам необходимо знать физическую форму вала этого двигателя, чтобы согласовать шаговый двигатель с шестернями, шкивами и другими внешними соединениями, такими как муфты вала.Есть несколько распространенных форм. Кроме того, необходимо учитывать длину вала.

Некоторые распространенные типы валов перечислены ниже:

  • Круглый вал — вал круглой формы
  • Вал «D» — вал «D-образной формы», используемый для монтажа зубчатых колес с помощью установочных винтов.
  • Вал с редуктором — вал с выгравированной на нем шестерней.
  • Вал ходового винта — вал в форме винта, используемый для создания линейных приводов.

Номинальный ток: Относится к пиковому току.Это полезная спецификация, поскольку она позволяет вам выбрать подходящий драйвер и источник питания для вашего шагового двигателя.

2. Драйвер шагового двигателя

Драйвер шагового двигателя, как правило, должен использоваться в сочетании с шаговым двигателем, поэтому при покупке шагового двигателя лучше всего подобрать подходящий драйвер одновременно, чтобы уменьшить количество проблем в будущем. .

Почти все драйверы шаговых двигателей используют стандартный протокол для управления двигателем. Он использует 3 контакта:

ENABLE. Драйвер будет работать только тогда, когда на контакте ENABLE установлен НИЗКИЙ или ВЫСОКИЙ уровень, в зависимости от драйвера.

НАПРАВЛЕНИЕ — при НИЗКОМ уровне двигатель будет вращаться в одном направлении, а при ВЫСОКОМ — в другом. Это связано с тем, как вы подключаете двигатель.

STEP — Всякий раз, когда вывод STEP переходит от низкого уровня к высокому, степпер делает один шаг (или микрошаг, в зависимости от настроек драйвера).

3. Контроллер

Контроллер шагового двигателя способен отправлять высокоскоростные импульсные сигналы и является программируемым. ПЛК, микроконтроллеры и другие устройства являются распространенными контроллерами на рынке.

4. Импульсный блок питания

Для шагового двигателя лучше использовать импульсный блок питания. Он обладает сильной защитой от помех и допускает широкий диапазон колебаний. Ток необходимо выбирать в соответствии с величиной нагрузки. Необходимо оставить определенный запас. Например, ток шагового двигателя 3А, ток нагрузки управления 2А, импульсный источник питания должен быть выбран от 6А до 8А.

Типы шаговых двигателей, драйверы и схемы подключения

Биполярные и униполярные двигатели

Шаговые двигатели бывают двух типов: униполярные и биполярные.Самая большая разница между ними заключается в том, что оба разных типа имеют свои собственные схемы обмотки, и их соответствующие схемы обмотки влияют на то, как управляются их шаговые двигатели.

4-проводной двигатель может управляться только биполярным приводом. 5-проводной двигатель может управляться только униполярным драйвером, потому что центральный отвод соединен внутри. 6-проводные и 8-проводные двигатели могут использовать оба типа драйверов, потому что вы можете решить, как их подключить извне.

По сути, униполярные и биполярные моторы работают совершенно одинаково.Электромагниты открываются последовательно, заставляя центральный вал двигателя вращаться. Они различаются по способу подачи питания на катушки внутри двигателя.

Униполярный двигатель обеспечивает смену полярности через центральный отвод катушки, но одновременно возбуждает только половину катушки, поэтому он имеет меньший крутящий момент.

Биполярный драйвер использует схему Н-моста для фактического изменения направления тока, протекающего по каждой фазе. Поочередно подавая питание на каждую фазу, все катушки можно использовать для вращения двигателя.

Двухфазный биполярный двигатель имеет два набора катушек. Двухфазные биполярные двигатели имеют четыре провода, по два на каждую фазу. Для некоторых двигателей с гибкой проводкой можно использовать двигатель как биполярный или униполярный.

Униполярный привод
Биполярный привод


Драйвер постоянного напряжения и драйвер постоянного тока

Существует два типа приводов двигателей: униполярный и биполярный, и два метода управления током : постоянное напряжение и постоянный ток.Драйвер постоянного напряжения обеспечивает фиксированное напряжение для двигателя, в то время как драйвер постоянного тока обеспечивает постоянный ток для двигателя, манипулируя напряжением. Драйвер постоянного напряжения также известен как драйвер L/R. Драйвер постоянного тока также известен как драйвер прерывателя.

Из-за ограничений по крутящему моменту и скорости приводов L/R в настоящее время более популярны драйверы постоянного тока. Драйверы постоянного напряжения чаще всего используются для униполярных шаговых двигателей.

При использовании драйверов постоянного напряжения номинальное напряжение двигателя в большинстве случаев не имеет значения для практического применения.Поэтому не поддавайтесь влиянию шаговых двигателей с очень низким номинальным напряжением. Важным значением, на которое следует обратить внимание, является номинальный ток. Шаговые драйверы STEPPERONLINE в настоящее время являются драйверами постоянного тока!

Драйвер постоянного тока может управлять шаговым двигателем при гораздо более высоком напряжении, чем номинальное напряжение двигателя. Более высокое напряжение позволяет току проходить через шаговый двигатель быстрее, что позволяет ему вращаться быстрее и получать больший крутящий момент. Драйвер поддерживает ток в двигателе ниже фиксированного значения, что предотвращает перегорание двигателя.Фиксированный ток обычно устанавливается потенциометром на плате привода. Это позволяет изменять максимальный ток в зависимости от необходимого крутящего момента и номинального тока спецификации двигателя. Кроме того, более высокое напряжение означает меньшее выделение тепла.

Привод постоянного напряжения
Привод постоянного тока


Как подключить шаговый двигатель к драйверу

Вам нужно выяснить, какие провода составляют пары катушек. Вот три способа выяснить это.

1.Можно воспользоваться мультиметром и измерить сопротивление между проводами, идущими от шагового двигателя. Если у вас есть чтение, это пара. Если нет, то это не пара.

2. Кроме того, если у вас нет мультиметра, крутите двигатель, касаясь проводов. Какая бы комбинация не мешала движению мотора, это пара.

3.Конечно, перебирать все возможные комбинации соединений омметром или на ощупь нецелесообразно. Еще проще всего подключить мотор по его техпаспорту.Если у вас его еще нет, прочтите номер модели на двигателе и выполните поиск в Интернете. Возможно, вам придется связаться с поставщиком, чтобы получить паспорт двигателя. STEPPERONLINE предоставляет соответствующий техпаспорт, или вы можете связаться со службой поддержки, если что-то еще неясно.

На следующей диаграмме показаны несколько различных вариантов расположения обмотки:


Перемещение двигателя

После того, как вы все правильно подключили, вы можете загрузить прошивку в микроконтроллер, такой как Arduino.При создании некоторых нестандартных вещей вам нужно запрограммировать их на Arduino. Вы можете использовать библиотеку Arduino Stepper, которая поставляется вместе с Arduino IDE. Библиотека шаговых двигателей обрабатывает последовательность импульсов, которые мы будем отправлять на шаговые двигатели, и ее можно использовать для различных двигателей, включая униполярные и биполярные.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.