Структура 2: главный электромагнит (1) выключен, и правильный электромагнит (2) возбужден, таща зубы в выравнивание с ним. Это приводит к вращению 3,6 ° в этом примере.
Структура 3: нижний электромагнит (3) возбужден; другое вращение на 3,6 ° происходит.
Структура 4: левый электромагнит (4) возбужден, вращаясь снова на 3,6 °. Когда главный электромагнит (1) будет снова позволен, ротор будет вращаться одним зубным положением; с тех пор есть 25 зубов, это сделает 100 шагов, чтобы сделать полное вращение в этом примере.]]
Шаговый двигатель (или шаговый двигатель) является бесщеточным электродвигателем DC, который делит полное вращение на многие равные шаги. Положением двигателя можно тогда приказать переместиться и держаться в одном из этих шагов без любого датчика обратной связи (диспетчер разомкнутого контура), пока двигатель тщательно измерен к применению.
Переключенные двигатели нежелания - очень большие ступающие двигатели с уменьшенным количеством полюса, и обычно являются commutated с обратной связью.
DC чистился, двигатели вращаются непрерывно, когда напряжение постоянного тока применено к их терминалам. Шаговый двигатель известен его важной собственностью преобразовать поезд входного пульса (пульс типично прямоугольной волны) в точно определенное приращение в положении шахты. Каждый пульс перемещает шахту через фиксированный угол. Шаговым двигателям эффективно устроили многократные «имеющие зубы» электромагниты вокруг центрального куска формы механизма железа. Электромагниты возбуждены внешней цепью управления, такой как микродиспетчер. Чтобы заставить вал двигателя повернуться, во-первых, одному электромагниту дают власть, которая магнитно привлекает зубы механизма. Когда зубы механизма выровнены с первым электромагнитом, они немного возмещены от следующего электромагнита. Это означает, что, когда следующий электромагнит включен и первое выключено, механизм вращается немного, чтобы выровнять со следующим. Оттуда процесс повторен. Каждое из тех вращений называют «шагом» с числом целого числа шагов, делающих полное вращение. Таким образом двигатель может быть превращен точным углом.
Есть четыре главных типа шаговых двигателей:
Электродвигатели с постоянным магнитом используют постоянный магнит (PM) в роторе и воздействуют на привлекательность или отвращение между ротором пополудни и электромагнитами статора. Двигатели переменного нежелания (VR) имеют простой железный ротор и работают основанный на принципе, что минимальное нежелание происходит с минимальным промежутком, следовательно пункты ротора привлечены к магнитным полюсам статора. Гибридные шаговые двигатели называют, потому что они используют комбинацию пополудни и методы СТАБИЛОВОЛЬТА, чтобы достигнуть максимальной мощности в размере небольшого пакета.
Есть две основных вьющихся меры для электромагнитных катушек в двух шаговых двигателях фазы: биполярный и униполярный.
униполярного шагового двигателя есть тот, вьющийся с сигналом центра за фазу. Каждый раздел windings включен для каждого направления магнитного поля. С тех пор в этой договоренности магнитный полюс может быть полностью изменен, не переключая направление тока, схема замены может быть сделана очень простой (например, единственный транзистор) для каждого проветривания. Как правило, учитывая фазу, сигнал центра каждого проветривания сделан распространенным: предоставление три ведет за фазу, и шесть ведет для типичных двух двигателей фазы. Часто, к этим двум свободному городскому населению фазы внутренне присоединяются, таким образом, двигатель имеет, только пять ведут.
Микро диспетчер контроллера или шагового двигателя может использоваться, чтобы активировать транзисторы двигателя в правильном заказе, и эта непринужденность операции делает униполярные двигатели нравящимися людям, увлеченным своим хобби; они - вероятно, самый дешевый способ получить точные угловые движения.
(Для экспериментатора windings может быть определен, коснувшись проводов терминала вместе в пополудни двигателях. Если терминалы катушки связаны, шахта становится более твердой повернуться. один способ отличить сигнал центра (общий провод) от провода конца катушки, измеряя сопротивление. Сопротивление между общим проводом и проводом конца катушки всегда - половина того, что это между проводами конца катушки и концом катушки. Это вызвано тем, что есть дважды длина катушки между концами и только половиной от центра (общий провод) до конца.) Быстрый способ определить, работает ли шаговый двигатель, состоит в том, чтобы сорвать каждые две пары и попытаться повернуть шахту, каждый раз, когда более высокое, чем нормальное сопротивление чувствуют, это указывает, что схема к особому проветриванию закрыта и что фаза работает.
биполярных двигателей есть единственное проветривание за фазу. Ток во вьющиеся потребности, которые будут полностью изменены, чтобы полностью изменить магнитный полюс, таким образом, управляющая схема должна быть более сложной, как правило с договоренностью H-моста (однако, есть несколько стандартного жареного картофеля водителя, доступного, чтобы сделать это простым делом). Есть два, ведет за фазу, ни один не распространен.
Статические эффекты трения, используя H-мост наблюдались с определенной топологией двигателя.
Колеблясь сигнал степпера в более высокой частоте, чем двигатель может ответить на, уменьшит это «статическое трение» эффект.
Поскольку windings лучше используются, они более сильны, чем униполярный двигатель того же самого веса. Это происходит из-за физического места, занятого windings. У униполярного двигателя есть дважды сумма провода в том же самом космосе, но только наполовину используемый в любом пункте вовремя, следовательно на 50% эффективно (или приблизительно 70% вращающего момента производят доступный). Хотя биполярный шаговый двигатель более сложен, чтобы двигаться, изобилие жареного картофеля водителя означает, что этого намного менее трудно достигнуть.
Степпер с 8 лидерством - рана как униполярный степпер, но к приведению не присоединяются к общему внутренне для двигателя. Этот вид двигателя может быть телеграфирован в нескольких конфигурациях:
Многофазные шаговые двигатели со многими фазами имеют тенденцию иметь намного более низкие уровни вибрации. Часто они более дорогие, у них действительно есть более высокая плотность власти, и с соответствующим двигателем электроника фактически лучше подходит для применения.
Работа шагового двигателя решительно зависит от круга водителей. Кривые вращающего момента могут быть расширены на большие скорости, если полюса статора могут быть полностью изменены более быстро, ограничивающий фактор, являющийся вьющейся индуктивностью. Чтобы преодолеть индуктивность и переключить windings быстро, нужно увеличить напряжение двигателя. Это приводит далее к необходимости ограничения тока, который могут иначе вызвать эти высокие напряжения.
Круги водителей L/R также упоминаются, когда постоянное напряжение двигается, потому что постоянное положительное или отрицательное напряжение применено к каждому проветриванию, чтобы установить положения шага. Однако это проветривает ток, не напряжение, которое применяет вращающий момент к шахте шагового двигателя. Ток I в каждом проветривании связан с прикладным напряжением V вьющейся индуктивностью L и вьющимся сопротивлением R. Сопротивление R определяет ток максимума согласно закону Ома I=V/R. Индуктивность L определяет максимальный уровень изменения тока в проветривании согласно формуле для катушки индуктивности dI/dt = V/L. Таким образом, когда управляется Л/Р-Драйв, максимальная скорость шагового двигателя ограничена его индуктивностью, так как на некоторой скорости, напряжение U будет изменяться быстрее, чем ток, который я могу поддержать на высоком уровне. Простыми словами уровень изменения тока - L / R (например. индуктивность на 10 мГн с сопротивлением на 2 Ома займет 5 мс, чтобы достигнуть приблизительно 2/3 максимального вращающего момента или приблизительно 24 мс, чтобы достигнуть 99% макс. вращающего момента). Получить высокий вращающий момент на высоких скоростях требует большого напряжения двигателя с низким сопротивлением и низкой индуктивности.
С Л/Р-Драйв возможно управлять низким напряжением двигатель имеющий сопротивление с более высоким двигателем напряжения просто, добавляя внешний резистор последовательно с каждым проветриванием. Это потратит впустую власть в резисторах и выработает тепло. Это поэтому считают низким выбором выполнения, хотя простой и дешевый.
Схемы Чоппер-Драйв упоминаются, когда постоянный ток двигается, потому что они производят несколько постоянный ток в каждом проветривании вместо того, чтобы применить постоянное напряжение. На каждом новом шаге очень высокое напряжение применено к проветриванию первоначально. Это заставляет ток в проветривании повышаться быстро с тех пор dI/dt = V/L, где V очень большое. Ток в каждом проветривании проверен диспетчером, обычно измерив напряжение через маленький резистор смысла последовательно с каждым проветриванием. Когда ток превышает указанный текущий предел, напряжение выключено или «расколото», как правило используя транзисторы власти. Когда вьющийся ток понижается ниже указанного предела, напряжение включено снова. Таким образом ток считается относительно постоянным для особого положения шага. Это требует дополнительной электроники к смыслу вьющийся ток, и управляйте переключением, но это позволяет шаговым двигателям вестись с более высоким вращающим моментом на более высоких скоростях, чем двигатели L/R. Интегрированная электроника с этой целью широко доступна.
Шаговый двигатель - полифаза AC синхронный двигатель (см. Теорию ниже), и это идеально ведет синусоидальный ток. Полная форма волны шага - грубое приближение синусоиды и является причиной, почему двигатель показывает такую вибрацию. Методы Вэриэс-Драйв были развиты, чтобы лучше приблизить синусоидальную форму волны двигателя: это наполовину продвижение и микропродвижение.
В этом методе двигателя только единственная фаза активирована за один раз. У этого есть то же самое число шагов как полный двигатель шага, но двигатель значительно меньше, чем оценит вращающий момент. Это редко используется. Оживленное число, показанное выше, является двигателем двигателя волны. В мультипликации у ротора есть 25 зубов, и это делает 4 шага, чтобы вращаться одним зубным положением. Таким образом, будет 25*4 =, 100 шагов за полное вращение и каждый шаг будут 360/100 = 3,6 градуса.
Это - обычный метод для полного шага, ведя двигатель. Две фазы всегда находятся на так двигателе, обеспечит его максимальный номинальный вращающий момент. Как только одна фаза выключена, другой включен. Уов-Драйв и единственная фаза полный шаг оба одни и те же с тем же самым числом шагов, но различия во вращающем моменте.
Наполовину ступая, двигатель чередуется между двумя фазами на и единственной фазой на. Это увеличивает угловую резолюцию. У двигателя также есть меньше вращающего момента (приблизительно 70%) в полном положении шага (где только единственная фаза идет). Это может быть смягчено, увеличив ток в активном проветривании, чтобы дать компенсацию. Преимущество наполовину продвижения состоит в том, что электроника двигателя не должна изменяться, чтобы поддержать его. В оживленном числе, показанном выше, если мы изменяем его на наполовину продвижение, тогда, это сделает 8 шагов, чтобы вращаться 1 зубным положением. Таким образом, будет 25*8 =, 200 шагов за полное вращение и каждый шаг будут 360/200 = 1,8 °. Его угол за шаг - половина полного шага.
Что обычно упоминается, поскольку микропродвижение часто - «косинус синуса, микроступающий», в котором вьющийся ток приближает синусоидальную форму волны AC. Микропродвижение косинуса синуса - наиболее распространенная форма, но другие формы волны могут использоваться. Независимо от используемой формы волны, поскольку микрошаги становятся меньшими, моторная операция, становится более гладким, таким образом значительно уменьшая резонанс в любых частях, двигатель может быть связан с, а также сам двигатель. Резолюция будет ограничена механическим stiction, обратной реакцией и другими источниками ошибки между двигателем и устройством конца. Редукторы могут использоваться, чтобы увеличить разрешение расположения.
Воспроизводимость размера шага - важная особенность шагового двигателя и фундаментальная причина их использования в расположении.
Пример: много современных гибридных шаговых двигателей оценены таким образом, что путешествие каждого полного шага (пример 1,8 градуса за полный шаг или 200 полных шагов за революцию) будет в пределах 3% или 5% путешествия любого полного шага, пока двигатель управляется в пределах его указанных операционных диапазонов. Несколько изготовителей показывают, что их двигатели могут легко поддержать 3%-е или 5%-е равенство размера путешествия шага, поскольку размер шага уменьшен от полного понижения до продвижения 1/10. Затем когда микроступающее число делителя растет, воспроизводимость размера шага ухудшается. В больших сокращениях размера шага возможно дать много команд микрошага, прежде чем любое движение произойдет вообще, и затем движение может быть «скачком» в новое положение.
Шаговый двигатель может быть рассмотрен как синхронный электродвигатель переменного тока с числом полюсов (и на роторе и на статоре) увеличенный, заботясь это у них нет общего знаменателя. Кроме того, мягкий магнитный материал со многими зубами на роторе и статоре дешево умножает число полюсов (двигатель нежелания). Современные степперы имеют гибридный дизайн, имея оба постоянных магнита и мягкие железные ядра.
Чтобы достигнуть полного номинального вращающего момента, катушки в шаговом двигателе должны достигнуть своего полного номинального тока во время каждого шага. Вьющаяся индуктивность и обратная ЭДС, произведенная движущимся ротором, имеют тенденцию сопротивляться изменениям в токе двигателя, так, чтобы как частоты вращения двигателя, все меньше и меньше время было проведено в полном токе — таким образом уменьшающий моторный вращающий момент. Поскольку скорости далее увеличиваются, ток не достигнет номинальной стоимости, и в конечном счете двигатель прекратит производить вращающий момент.
Это - мера вращающего момента, произведенного шаговым двигателем, когда это управляется без состояния ускорения. На низких скоростях шаговый двигатель может синхронизировать себя с прикладной частотой шага, и это напряжение - во вращающем моменте должно преодолеть трение и инерцию. Важно удостовериться, что груз на двигателе фрикционный, а не инерционный, поскольку трение уменьшает любые нежелательные колебания.
Напряжение - в кривой определяет область, названную областью начала/остановки. В эту область двигатель может быть начат/остановлен мгновенно с примененным грузом и без потери синхронизма.
Вращающий момент отступления шагового двигателя измерен, ускорив двигатель к желаемой скорости и затем увеличив вращающий момент, загружающий до моторных киосков или шагов промахов. Эти измерения проведены через широкий диапазон скоростей, и результаты используются, чтобы произвести динамическую кривую производительности шагового двигателя. Как отмечено ниже этой кривой затронут напряжением двигателя, током двигателя и текущими методами переключения. Проектировщик может включать запас прочности между номинальным вращающим моментом и предполагаемым вращающим моментом предельной нагрузки, требуемым для применения.
синхронных электродвигателей, используя постоянные магниты есть резонирующее положение, держащее вращающий момент (названный вращающим моментом стопора или цевочным зацеплением, и иногда включаемый в технические требования) если не ведомый электрически. Мягкие железные ядра нежелания не показывают это поведение.
Когда двигатель перемещает единственный шаг, он промахивается по пункту отдыха финала и колеблется вокруг этого пункта, как он останавливается. Этот нежелательный звон испытан как моторная вибрация и более явный в разгруженных двигателях. Разгруженный или под нагруженным двигателем, и часто будет, может остановиться, если опытной вибрации достаточно, чтобы вызвать потерю синхронизации.
Ушаговых двигателей есть естественная частота операции. Когда настройки по частоте возбуждения, этот резонанс, звон более явный, шаги, может быть пропущен, и остановка, более вероятны. Моторная частота резонанса может быть вычислена от формулы:
Вращающий момент M Holding cN · m
p Число пар полюса
J инерция Ротора kg · cm²
Таблички с фамилией шаговых двигателей, как правило, дают только вьющийся ток и иногда напряжение и вьющееся сопротивление. Номинальное напряжение произведет номинальный вьющийся ток в DC: но это - главным образом бессмысленный рейтинг, поскольку все современные водители - ограничение тока, и напряжения двигателя значительно превышают моторное номинальное напряжение.
Вращающий момент низкой скорости степпера изменится непосредственно с током. То, как быстро вращающий момент уменьшается на более быстрых скоростях, зависит от вьющейся индуктивности и схемы двигателя, к которой это присоединено, особенно ведущее напряжение.
Степперы должны быть измерены согласно изданной кривой вращающего момента, которая определена изготовителем в особых напряжениях двигателя или использовании их собственной схемы двигателя.
Шаговые двигатели, адаптированные к резкой окружающей среде, часто упоминаются как оцененный IP65.
Шаговые двигатели компьютера, которыми управляют, - тип системы позиционирования контроля движения. Ими, как правило, в цифровой форме управляют как часть системы разомкнутого контура для использования в удерживании или расположения заявлений.
В области лазеров и оптики они часто используются в оборудовании расположения точности, таком как линейные приводы головок, линейные стадии, стадии вращения, гониометры, и отражают горы. Другое использование находится в упаковочном оборудовании и расположении пилота клапана стадии для жидких систем управления.
Коммерчески, шаговые двигатели используются в дисководах, планшетных сканерах, компьютерных принтерах, заговорщиках, автоматах, сканерах изображения, двигателях компакт-диска, интеллектуальном освещении, объективах фотокамеры, машинах CNC и, позже, в 3D принтерах.
Система шагового двигателя состоит из трех основных элементов, часто объединяемых с некоторым типом пользовательского интерфейса (главный компьютер, PLC или немой терминал):
ru.knowledgr.com
Применяются шаговые двигатели в самых разнообразных устройствах. Эти двигатели можно встретить в разнообразной промышленности и в специальных оборудованиях, например, в принтерах, дисководах, факсах, сканерах плоттерах и других оборудованиях. В данный момент выпускается множество разных типов шаговых двигателей и при выборе нужного двигателя главным будет правильно подобрать схему и алгоритм работы драйвера, который в основном определяется программой микроконтроллера, а не сам тип двигателя. Для примера приведем практическую реализацию дешевого и простого драйвера шагового двигателя, в основном на микроконтроллере семейства AVR.
Назначение шаговых двигателей.
Шаговый двигатель – это электромеханическое устройство, преобразующее в дискретные механические перемещения электрические импульсы, он практически ни в чем внешне не отличается от других типов двигателей, в большинстве случаев выглядит в виде круглого корпуса и вала.
Некоторые уникальные свойства шагового двигателя делают их порой исключительно удобными и даже незаменимыми для применения.
Шаговые двигатели и их достоинства.
Число импульсов определяется углом поворота ротора, которые подаются на двигатель. Когда запитаны обмотки, тогда в режиме остановки обеспечивает двигатель полный момент прецизионного позиционирования и повторяемости. Точность от величины шага в 3-5% имеют хорошие шаговые двигатели, а срок его службы определяется фактически сроком службы подшипников, частота входных импульсов пропорциональна его скорости . Но имеются и некоторые небольшие недостатки в том, что без нагрузки не уменьшается потребление энергии, невысокая его удельная мощность, на высоких скоростях затруднена работа, возможна потеря без обратной связи контроля положения и кроме этого, некоторая сложность в схеме управления.
Выбор двигателя.
Класс бесколлекторные двигателя постоянного тока относят шаговые двигатели, которые, как и другие двигатели бесколлекторные, имеют срок службы большой и высокую надежность, за счет чего можно использовать их в критичных, к примеру, в индустриальных применениях. Для шаговых двигателей необходима более сложная схема управления по сравнению обыкновенными двигателями постоянного тока, которые при работе двигателя обязаны выполнить все коммутации обмоток.
Вдобавок, шаговые двигателя – это дорогие устройства, поэтому там, где точное позиционирование не требуется, обычные коллекторные двигателя имеют заметное преимущество. Для управления коллекторными двигателями в последнее время чаще начали применять контроллеры, сложность которых практически не уступает контроллерам шаговых двигателей.
Возможность точного регулирование и позиционирование скорости без датчика обратной связи можно считать одним из существенных преимуществ шагового двигателя, так как такие датчики намного больше могут стоить самого двигателя, это подходит для систем работающих только при малом ускорении, а также с относительно постоянной нагрузкой.
Даже при переменном характере нагрузки системы с обратной связью способны работать с большим ускорением. Когда при нагрузке шагового двигателя превышается его момент, тогда теряется о положении ротора информация и с помощью базирования система требует, к примеру, концевого выключателя или другого датчика, а что касается системы с обратной связью то, они не имеют подобного недостатка.
Выбор между шаговым двигателем и сервомотором приходится делать когда проектируют конкретную систему. Наиболее экономично выгодным решением является шаговый двигатель, когда требуется точное управление скоростью и прецизионное позиционирование, а скорость и требуемый момент за допустимые пределы не выходят. Понижающий редуктор может быть использован для повышения момента также как и для обычных двигателей, но не всегда редуктор подходит для шаговых двигателей.
На низких скоростях шаговые двигателя имеют больший момент, в отличие от коллекторных двигателей, которые с увеличением скорости возрастает момент. Кроме этого, в сравнении с коллекторными двигателями, шаговые двигатели гораздо меньшую имеют максимальную скорость, за счет чего ограничивается максимальное передаточное число и, естественно, увеличивается момент с помощью редуктора. Наша компания реализует с редукторами готовые шаговые двигатели, и Вы можете их у нас приобрести.
Причиной того, что можно получить низкую частоту вращения является то, что разработчики применяют неоправданно часто шаговые двигатели, так как не всегда в состоянии спроектировать редуктор. В то время как коллекторные двигателя имеют более высокую удельную мощность, схему управления более проще, низкую стоимость и способны тот же диапазон скоростей обеспечить вместе с одноступенчатыми червячными редукторами, как и шаговые двигателя, и также при этом значительно больший момент обеспечивать. Приводы очень часто применяют на основе коллекторных двигателей в технике военного назначения, что говорит о большой надежности этих приводов и хороших параметрах. Кроме всего, достаточно сильно коллекторные двигатели распространены в промышленном оборудовании, в бытовой технике современной и в автомобилях, но при этом, имеют свою сферу применения шаговые двигатели, где они незаменимы, пусть даже и довольно узкую сферу.
xn--80aafadcflyh2a1a3dzd5bza.xn--p1ai
Чем отличаются серводвигатель и шаговый двигатель
Шаговый двигатель, по сути своей, является механическим электрическим аппаратом. Он производит преобразование управляющих импульсов. Они обеспечивают угловое передвижение ротора и производят качественную фиксацию в нужном положении. Они имеют синхронное движение, не обладают пусковой обмоткой на роторе. Поэтому шаговый двигатель отличается частотным пуском. При поэтапном запуске производятся шаги ротора, по сути, являющимися дискретными угловыми перемещениями. Шаговые двигатели отличаются тем, что могут производить позиционирование по положению.
Шаговый двигатель является не имеющим коллектора двигателем. Они долговечные и имеют длительный срок эксплуатации. Поэтому активно используются в самых разных областях промышленности. Серводвигатели – это двигатели постоянного тока. Такие станки имеют менее сложные схемы управления. Они так же популярны во всех областях индустрии.
Как работает станок с шаговым двигателем
Попеременное подключение катушек
Ротор будет стараться подстроиться под магнитное поле, поэтому начнёт производить вращательные движения. Это будет зависеть от катушек статора. Возьмём для примера шаговый двигатель, который имеет две катушки статора, ротор – постоянный магнит. Если стартерные катушки будут находиться в возбуждённом состоянии попеременно, ротор осуществит поворот, чтобы быть с ним на одной линии. Если магнитное поле не будет иметь вращения, ротор будет неподвижен.
Отсутствие подключения катушек
Если катушке не будет обеспечена электроэнергия, то ротор опять совершит поворот, чтобы подстроиться под другую позицию. Поворот будет соизмерим с углом шага. Угол шага от 180одо 60о. Катушки включаются попеременно, что даёт движение ротору, осуществляется следующий шаг без смены направления. Эта работа будет осуществляться, пока катушки будут по очереди включаться и выключаться. Через шесть шагов, ротор примет своё первоначальное положение.
Допустим, что после первого шага, оказались включёнными и первая катушка, и вторая. Тогда поворот ротора осуществится только на 30о, а не на 60о. Чтобы встать на одну линию со статором, ему нужно будет повернуться ещё на 30о. Это называют действием полушага, и подразумевает совершение восьми поочерёдных движений.
Подключение катушек в обратном порядке
Если включения и выключение в обратном порядке, ротор будет крутиться в другую сторону. На производствах более часто применяется станок с шаговым двигателем с углом перемещения от 180о до 7,5о. Если есть необходимость в уменьшении шагов перемещения, то нужно увеличить количество полюсов. Но имеется ограничение по числу полюсов.
Микро-шаг
Для того, чтобы сократить дискретность перемещения ротора, используется режим микро-шага. Автономно управляя токами в катушках, положение ротора может быть зафиксировано в промежутке между шагами. Этим можно добиться плавных движений ротора, при этом будет обеспечиваться предельная точность позиционирования. При активировании режима микро-шага, можно достичь разрешающей способности в 51200 шаг/об, что обеспечит плавную работу станка.
vredestein.ru
