Основные параметры и характеристики шаговых двигателей. Параметры шаговых двигателей


§ 3.5. Основные параметры и характеристики шаговых двигателей

Специфика конструкции ШД и многообразие режимов их работы вызывают необходимость оценивать эти двигатели по следующим параметрам: частоте собственных круговых колебаний; электромагнитным постоянным времени; коэффициенту внутреннего демпфирования и характеристикам – предельным механическим и предельным динамическим.

Частота собственных круговых колебаний– это угловая частота колебаний ротора около устойчивого положения при отсутствии момента нагрузки

Она является обобщенным параметром, зависящим от момента инерции J, амплитуды максимального синхронизирующего момента Mmax, числа пар полюсов p.

Период собственных круговых колебаний, равный 1/w0, может служить внутренним эталоном времени. Действительно, момент инерции Jопределяет инерционность двигателя и механизма, амплитуда максимального синхронизирующего момента Mmaxдает характеристику ШД как преобразователю энергии, число пар полюсов p определяет степень электромеханической редукции угла поворота и скорости вращения. Отношение Mmax/Jдает теоретически предельное ускорение ротора шагового двигателя.

Электромагнитная постоянная времени обмоток управления Tэм = L/R характеризует скорость протекания электромагнитных переходных процессов. Часто для уменьшения Тэм последовательно с обмоткой управления включают добавочное сопротивление. Уменьшать постоянную времени необходимо потому, что чем она больше, тем до меньшего значения нарастает ток за время импульса напряжения, меньше становится синхронизирующий момент, а, следовательно, и допустимый момент сопротивления.

Коэффициент внутреннего демпфирования

определяется отношением амплитуды потокосцепления ротора с фазой обмотки статора к ее активному сопротивлению. Этот параметр относится только к ШД с активным ротором, поскольку его физический смысл заключается в образовании электромагнитного тормозного момента, вызванного взаимодействием поля ротора с током статора, наведенным этим полем и замыкающимся по цепи статор-источник тока. При этом механическая энергия колеблющегося ротора превращается в электрическую энергию с последующим рассеиванием ее в теплоту в активных сопротивлениях обмоток статора.

Предельная механическая характеристика– это зависимость допустимого момента сопротивления от частоты управляющих импульсов в установившемся режиме работы (рис.3.7). С ростом частоты сказывается запаздывание в нарастании тока, обусловленное индуктивностью обмоток. При некоторой предельной частоте момент двигателя становится равным нулю.

Рис. 3.7. Механическая характеристика ШД

Предельная динамическая характеристика– зависимость частоты приемистости от момента сопротивления и момента инерции нагрузки. Такие характеристики называются предельными динамическими характеристиками пуска. Существуют также предельные динамические характеристики реверса и торможения.

studfiles.net

Основные параметры и характеристики шаговых двигателей

Специфика конструкции ШД и многообразие режимов их работы вызывают необходимость оценивать эти двигатели по следующим параметрам: частоте собственных круговых колебаний; электромагнитным постоянным времени; коэффициенту внутреннего демпфирования и характеристикам – предельным механическим и предельным динамическим.

Частота собственных круговых колебаний – это угловая частота колебаний ротора около устойчивого положения при отсутствии момента нагрузки

Она является обобщенным параметром, зависящим от момента инерции J, амплитуды максимального синхронизирующего момента Mmax, числа пар полюсов p.

Период собственных круговых колебаний, равный 1/w0, может служить внутренним эталоном времени. Действительно, момент инерции Jопределяет инерционность двигателя и механизма, амплитуда максимального синхронизирующего момента Mmaxдает характеристику ШД как преобразователю энергии, число пар полюсов p определяет степень электромеханической редукции угла поворота и скорости вращения. Отношение Mmax/J дает теоретически предельное ускорение ротора шагового двигателя.

.

Электромагнитная постоянная времени обмоток управления Tэм = L/R характеризует скорость протекания электромагнитных переходных процессов. Часто для уменьшения Тэмпоследовательно с обмоткой управления включают добавочное сопротивление. Уменьшать постоянную времени необходимо потому, что чем она больше, тем до меньшего значения нарастает ток за время импульса напряжения, меньше становится синхронизирующий момент, а, следовательно, и допустимый момент сопротивления.

Коэффициент внутреннего демпфирования определяется отношением амплитуды потокосцепления ротора с фазой обмотки статора к ее активному сопротивлению. Этот параметр относится только к ШД с активным ротором, поскольку его физический смысл заключается в образовании электромагнитного

тормозного момента, вызванного взаимодействием поля ротора с током статора, наведенным этим полем и замыкающимся по цепи статор–источник тока. При этом механическая энергия колеблющегося ротора превращается в электрическую энергию с последующим рассеиванием ее в теплоту в активных сопротивлениях обмоток статора.

Предельная механическая характеристика – это зависимость допустимого момента сопротивления от частоты управляющих импульсов в установившемся режиме работы (рис. 3.7). С ростом частоты сказывается запаздывание в нарастании тока, обусловленное индуктивностью обмоток. При некоторой предельной частоте момент двигателя становится равным нулю.

 

 

Рис. 3.7. Механическая характеристика ШД

 

Предельная динамическая характеристика – зависимость частоты приемистости от момента сопротивления и момента инерции нагрузки. Такие характеристики называются предельными динамическими характеристиками пуска. Существуют также предельные динамические характеристики реверса и торможения.

 

 



infopedia.su

Настройка шаговых двигателей осей.

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 13Следующая ⇒

В процессе настройки надо вычислить необходимое количество подаваемых импульсов (шагов) на шаговый двигатель для перемещения управляющей гайки червячной передачи станка на заданную единицу измерения - 1мм.

Например, имеем шаговый двигатель с шагом 1.8 градуса, червячную передачу с шагом резьбы 1.25мм и контроллер, установленный на «полный шаг». Тогда при подаче на него 200 импульсов (шагов), его вал повернется на (1.8градуса х 200) = 360 градусов (полный оборот) и управляющая гайка червячной передачи сдвинется на 1.25мм.

Теперь, чтобы гайка сдвинулась на 1мм, надо соответственно уменьшить количество подаваемых на шаговый двигатель импульсов (шагов), которые определяются по формуле: 200/ 1.25мм = 160 импульсов (шагов). Т.е. при 160 импульсах(шагах) управляющая гайка при резьбе с ходом 1.25мм переместится на 1мм.

Если на контроллере установлен неполный шаг, например «полшага», то формула будет иметь следующий вид: 2х200/1.25мм = 320 импульсов (шагов).

Таким образом, изменяя степень «шага» в контроллере, а также зная ход резьбы червячной передачи, по аналогичной формуле можно в дальнейшем рассчитывать количество подаваемых на шаговый двигатель импульсов (шагов) для перемещения управляющей гайки на 1мм.

Учитывая, что наиболее оптимальная работа данного контроллера отмечена при установке «1/8 шага», возьмем за основу:

- шаг резьбы червячной передачи -1.25мм;

- контроллер установлен на «1/8 шаг», т.е. 1мм перемещения управляющей гайки будет соответствовать 8х200/1.25мм=1280 импульсов(шагов) шагового двигателя.

Примечание: перед началом «пусков» шаговых двигателей при выключенном питании на всех 3-х синих переключателях контроллера на ТВ6560 установим:

 

Current Setting (выходной ток) Decay Mode Settings MicroStep Settings (шаг)
100% ON ON FAST ON ON ON ON
75% ON OFF 25% ON OFF 1/2 ON OFF
50% OFF ON 50% OFF ON 1/8 OFF OFF
25% OFF OFF SLOW OFF OFF 1/16 OFF ON

 

Требуемые установки выделены жирным текстом с подчеркиванием – OF .

Соответственно для контроллера на ТВ6600 джамперами установим: 1=OFF 2=ON 3=OFF 4=ON 5=OFF 6=ON (1/8шаг, 1.2А выходной ток на ШД).

В дальнейшем данные установки можно будет менять.

 

 

Заходим в меню «Config», нажимаем «Motor Tuning» и получаем следующую картинку:

 

 

Нажимаем «X Axis», набираем в «Steps per» значение шагов, которое мы вычислили - 1280. Передвигая ползунки «Accel» и «Velocity» подбираем скорость и ускорение двигателя оси Х. Для начала поставим «график» в значения скорости «Velocity» 200 мм в минуту, «Accel» - 0.1-0.2 сек., затем нажимаем «SAVE AXIS SETTINGS». Если кнопка «SAVE AXIS SETTINGS» не «подсвечивается», то немного двинем один из ползунков.

Аналогично поступаем с осями Y и Z, затем нажимаем «ОК».

( Для Александра Дзюбия!

На Вашем станке оси имеют шаг резьбы 3мм, поэтому для первоначального пуска станка надо установить:

- оси Х, У и Z: «Steps per» = 533, «Velocity»=600, «Accel»=120;

Джамперы контроллера для ШД каждой оси установлены сейчас на ток 1.2А и шаг 1/8. После того, как первоначально оси «закрутите», можно самостоятельно подобрать нужные режимы по шагу и току! )

 

Теперь переходим к пуску шаговых двигателей – «закрутке осей». Для этого заходим на главную страницу Mach и слева на клавиатуре компьютера нажимаем клавишу «Tab», после чего на экран справа выскочит пульт ручного управления «MPG MODE». Включаем питание контроллера, далее нажимаем на кнопку «RESET», при этом останавливается рядом находящаяся бегущая строка и должен появиться шум от подачи напряжения на шаговые двигатели. Затем левой кнопкой мыши нажимаем поочередно на кнопки осей X (+ -), Y(+ -), Z(+ -) пульта ручного управления, при этом шаговые двигатели данных осей должны начать вращаться.

 

Отдельные настройки:

mykonspekts.ru

Режимы работы и характеристики шаговых двигателей

Механика Режимы работы и характеристики шаговых двигателей

просмотров - 161

Установившийся режим вра-щения имеет место при постоян-ной частоте управляющих им-пульсов fу, причем время такта Tком коммутации превышает время переходного процесса t1(t1<Гком = 1/fу). Скорость вра-щения ротора при этом опреде-ляется выражением (14.2). Ха-рактеристики шагового ЭП (ШЭП) определяются системой нелинœейных дифференциальных уравнений электрического рав-новесия по числу обмоток ШД и уравнением моментов (без учета
демпфирования) Рис.15.3. Отработка шагов ШД

Режимы работы и характеристики ШД рассмотрим на примере двигателœей вращательного типа, хотя основные соотношения справедли-вы также и для ЛШД (имея в виду эквивалентность момента и силы, а также угла поворота и линœейного перемещения). Особенностью дискрет-ного ЭП с ШД является возможность длительной работы при частоте входных импульсов управления fу = 0.

Такой режим работы, получивший название статического, предус-матривает прохождение постоянного тока по обмоткам возбуждения, создающим неподвижное магнитное поле. Двигатель и система питания должны быть рассчитаны с учетом этого режима.

Старт-стопный режим (режим отработки единичных шагов) имеет место при такой частоте управляющих сигналов, при которой переход-ный процесс, вызванный управляющим импульсом, заканчивается к моменту поступления следующего импульса. Это означает, что ротор двигателя перемещается на один угловой шаг α и успевает затормозиться. Процесс сопровождается электромагнитными переход-ными процессами в обмотках ШД вследствие их подключения к источнику постоянного напряжения и электромеханическим переход-ным процессом вследствие воздействия электромагнитного момента на ротор двигателя. Движение ротора в конце шага характеризуется свободными колебаниями относительно положения устойчивого равно-весия (подобно колебанию маятника). Колебания затухают, когда вся кинœетическая энергия ротора будет израсходована на электрические, магнитные и механические потери. Очевидно, что такие колебания являются нежелательными, в связи с этим разработаны различные приемы их гашения. Этот процесс отображен на рис.15.3.

(15.1)

где ik – ток в к-й обмотке шаговых двигателœей; Rk – активное сопротивление к-й обмотки; – потокосцепление; – напряжение на к-й обмотке, зависящее в общем случае от тока; J – приведенный момент инœерции ЭП; Мn(θ) – момент нагрузки, зависящий в общем случае от угла поворота θ; – электромагнитный момент, зависящий от тока в обмотках и угла поворота ротора. В результате исследования системы (15.1), характери-зующегося большой трудоемкостью, определœены условия, при которых обеспечивается устойчивая работа шагового ЭП (ШЭП). К ним относят-ся: введение внешнего демпфера; исключение режима холостого хода, являющегося самым тяжелым с точки зрения устойчивости; увеличение числа тактов коммутации. Дискретный ЭП устойчив, если

МН/МН MAX≥0.1; βω0/ М Н MAX≥0,1,

где β – коэффициент вязкого трения; ω0 – круговая частота собственных колебаний:

u0 = (IMAX Zn /J)1/2.

Статический режим работы определяется угловой статической ха-рактеристикой (рис.15,4), представляющей собой зависимость статичес-кого синхронизирующего момента Мс от угла рассогласования θ между полем статора и ротором. В дальнейшем угловые характеристики будем рассматривать для двухполюсного ШД (Zn = 1). В общем случае кривая статического синхронизирующего момента МC(θ) несинусоидальна.

При анализе ШЭП учитывается первая гармоническая составля-ющая

M= MCMAXsin(α-θ),

где α – угол поворота поля статора при коммутации фаз. Значение MCMAX зависит от геометрии магнитной системы и типа ШД, числа пар полюсов ротора и числа возбужденных фаз. При возбуждении одной или нескольких фаз ШД, согласно принятому способу коммутации обмоток, установившиеся в них токи определяют положение поля статора и рото-ра, при котором электромагнитный момент, возникающий в результате взаимодействия полей ротора и статора, уравновешивает моменты внешних сил (момент нагрузки МH). Такому положению ротора ШД при МH = 0 и состоянию поля статора, характеризующемуся кривой 1 на рис.15.4, соответствует точка 0. Отключение одной фазы ШД и включе-ние другой в результате такта коммутации изменяет состояние электро-магнитного поля статора, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ при этом (электромагнитными процес-сами в обмотках ШД при коммутации пренебрегаем) изображается кривой 2, сдвинутой относительно характеристики 1 на один шаг α = 2п/п. Угловые характеристики 1 и 2 позволяют определять значения моментов, действующих на ротор и вызывающих его переход из одного устойчивого состояния в другое. Так, при МH = 0 переход ротора из точки 0 в точку А описывается известным уравнением движения

В случае если же на ротор действуют моменты внешних сил МH, то его устойчивое положение характеризуется углом нагрузки θH (см. рис.15.4). Положение ротора при этом определяется уравнением

sin(α-θ) = MH,

θн=arcsinMн/ .

Это угол отставания ротора от поля статора в результате действия нагрузки МH.

Рис.15.4. Статическая угловая характеристика ШД: 1 – исходное положение; 2– положение после одного такта коммутации

Нагрузочные свойства ШД при единичных переключениях фаз опре-деляются моментом МHMAX, который имеет место в точке пересечения угловых характеристик 1 и 2, соответствующих смежным комбинациям включенных фаз. Из рис. 15.4, очевидно, что при очередной коммутации двигатель отработает шаг при выполнении условия МH<М. Последний можно определить из выражения

Величина МHMAX быстро приближается к МCMAX при увеличении числа тактов коммутации п. Так, при п = 16 (несимметричная коммутация (1) – (12) – (2) –... ШД с числом фаз т = 8) обеспечивается МHMAX = 0,98 МCMAX, что является практически предельным значением. Дальнейшее увеличение числа п не приводит к повышению нагрузочной способности ШД. Для обеспечения перегрузки и устойчивого движения при колебаниях момента нагрузки Мн крайне важно выполнение условия

MH<0,5 MHMAX ≤(0,3…0,4)MC. (15.2)

Механические характеристики ω(М) шагового ЭП при частотном ре-гулировании скорости являются абсолютно жесткими (штриховые линии на рис.15.5). Скорость ШД не зависит от момента на валу при выполнении условия нормального нагружения (15.2) и определяется согласно (14.2).

Предельная нагрузочная характеристика – зависимость максималь-ного нагружающего момента МHMAX от частоты управляющих импульсов fу – зависит от способа регулирования (форсировки, что будет пояснено ниже) напряжения в функции fу и фактически определяет диапазон рабочих частот и нагрузочную способность ШЭП. При работе с неизменным значением фазного напряжения (без форсировки) по мере увеличения частоты управления fу ток в обмотках ШД не достигает установившегося значения, что приводит к снижению момента. Важно заметить, что для сохранения работоспособности ШЭП в таком режиме крайне важно снижать момент нагрузки Мн

Рис.15.5. Механические (штриховые линии) и нагрузочные характеристики шагового ЭП:1 – форсированное управление; 2 – управление при пос-тоянном напряжении фазы; 3 – момент при прерывистом характере движения

Допустимый момент нагрузки в зависимости от частот управляющих импульсов определяется по предельной нагрузочной характеристике, пример-ный вид которой показан на рис. 15.5. (кривая 2).

Максимальная допустимая стати-ческая нагрузка МCMAX определяется пусковым моментом МПУСК при fy = 0.Регулирование напряжения в ШЭП имеет свои особенности и осущест-вляется путем импульсного форсиро-вания (в отличие от непрерывного изменения напряжения для ЭП постоян-ного тока и частотных ЭП с АД), ᴛ.ᴇ. крат­ковременной подачи на фазу ШД импульса повышенного напряжения с ограничением длительности импульса форсирования в функции времени либо тока.

Другой путь – включение в фазы форсировочных резисторов – в нас-тоящее время из-за низкого КПД всœе чаще заменяется импульсным форси-рованием. Все способы форсирования обеспечивают близкий к линœейному закон изменения фазного напряжения

Uф=U0+kfy , (15.3)

где U0 – начальное значение напряжения при fy = 0; к – коэффициент, зависящий от параметров схемы замещения ШД и от напряжения форси-ровки.

Учитывая предельную нагрузочную характеристику, можно выде-лить две зоны регулирования (рис.15.5): 1) зона низких скоростей, соот-ветствующая регулированию с постоянным моментом М = const; 2) зона высоких скоростей, соответствующая регулированию с постоянной мощ-ностью Р = А/ω = const. Граничное значение скорости ω разделяет пере-ход от регулирования напряжения в функции частоты к режиму работы с постоянным напряжением.

При соблюдении закона (15.3) предельный момент нагрузки ШД МHMAX изменяется незначительно. Спад предельной нагрузочной харак-теристики в области низких частот, имеющий место из-за прерывистого характера движения (кривая 3 на рис.15.5), может быть преодолен путем электрического дробления шага. С повышением частоты fy необходимая продолжительность импульса форсирования превышает интервал включенного состояния фазы, в связи с этим схема управления обеспечивает по существу переключение ШД с низкого напряжения на повышенное, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ явля-ется предельным для данной схемы. Другими словами, имеет место час-тотное регулирование.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, основными параметрами в аппроксимирующей характеристике являются значения момента МHMAX, которые определя-ются по выражению (15.2), и граничные значения скорости ω, зависящие от параметров схемы управления, основным из которых является напря-жение форсировки.

Изменение частоты управляющих импульсов fy, при программном управлении, ею может производиться по экспоненци­альному или линœей-ному закону в соответствии с рис.15.6, где fy1…fy4 – максимальные час-тоты fy; tp4…tp1 – время нарастания соответствующего значения частоты; tr1…tr4 – время начала торможения. На рис.15.6,а ШД работает в режиме «больших» перемещений, когда имеет место установившееся значение fy.

Такому режиму соответствует лишь одна из характеристик на рис. 15.6, (fy1). Остальные характеристики представляют режим отработки «малых» перемещений, при котором установившееся значение fy отсут-ствует, а время окончания разгона и время начала торможения совпа-дают. Разгон может производиться с некоторого начального значения частоты f0 (рис. 15.6,б),не превышающего частоты приемистости.

С точки зрения программной реализации управления средствами микропроцессорной техники, предпочтение следует отдать управлению по линœейному закону (рис. 15.6,б).Шаговый ЭП (ШЭП), называемый также дискретным, можно отнести к классу частотно-регулируемых ЭП, регулирование скорости которых в общем случае требует изменения двух параметров – частоты и фазных напряжений.

Рис.15.6. Характеристики программного разгона и торможения ШД:

а – при экспоненциальном законе изменения частоты управляющих импульсов;б – при линœейном законе

ШЭП приближается по своим свойствам к непрерывнымЭП постоянного и переменного тока, отличаясь от них возможностью отработки заданной координаты (угла поворота) без датчика ОС по этому параметру, что очень важно. Системы управления ШЭП выпол-няются с большим числом дискретных компонентов, а в некоторых случаях – полностью на дискретных компонентах, что делает чрезвычайно удобным прямое цифровое управление такими ЭП от ЭВМ. Это обусловило их широкое применение в металлообрабатывающем оборудовании с ЧПУ, робототехнических комплексах и непосредственно в ЭВМ. Для управления ШД применяются статические ПЧ, принцип функционирования которых отличается от тех, которые применяются в частотно-управляемом асинхронном ЭП. ШЭП управляется частотно-модулированной последовательностью импульсов, в которой частота следования импульсов управления пропорциональна средней скорости, а их число – углу поворота вала ротора. Как было отмечено в п.15.1., частота следования импульсов может меняться по произвольному закону (с учетом изложенных ограничений) в широком диапазоне, включающем и режим фиксации (fy = 0), когда ШД развивает статический синхрони-зирующий момент, сохраняя заданное угловое или линœейное положение.

Основные функциональные узлы ШЭП приведены на рис. 15.7.

Последовательность управляющих импульсов вырабатывается гене-ратором импульсов (ГИ) с регулируемой частотой путем подачи управ-ляющего сигнала Uy. Указанная последовательность импульсов может поступать также непосредственно от ЭВМ либо иного цифрового задаю-щего устройства через преобразователь «код – частота». При необхо-димости сигналы с выхода ГИ калибруются по длительности и ампли-туде в формирователœе импульсов ФИ и через ключ управления КУ пос-ту­пают на распределитель импульсов РИ.

Рис. 15.7. Функциональная схема разомкнутого шагового ЭП

Задачей распределителя импульсов является формирование ди-фаз-ной последовательности прямоугольных напряжений, не всœегда совпада-ющей с требуемым законом коммутации фаз ШД, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ обеспечивает-ся дешифратором DC. В некоторых схемах функции распределителя и дешифратора бывают объединœены в одном устройстве, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ назы-вается коммутатором (К). Регулятор напряжения, который имеется не во всœех схемах, осуществляет импульсное регулирование напряжения на обмотках ШД при изменении частоты fy.

Распределитель импульсов может быть выполнен на различной элементной базе и иметь разнообразные схемные решения. Сегодня для реализации РИ чаще всœего применяются триггеры, сдвигаю-щие регистры и счетчики с дешифраторами.

Свойства ШЭП не зависят от того, на какой элементной базе выпол-нен РИ. Одним из главных требований, предъявляемых к РИ, является высокая помехоустойчивость, поскольку всякий сбой в системе управ-ления непременно сказывается на отработке заданного перемещения.

ШЭП с потенциальным управлением. В этом случае обмотки ШД подключаются к источнику питания неизменного напряжения. В таких схемах для уменьшения электромагнитной постоянной времени и расширения частотного диапазона скорости последовательно с обмоткой включается форсирующее сопротивление RФР (рис. 15.7). Недостатки такого решения очевидны: крайне важность повышения напряжения источника питания и увеличение потерь, возникающих в RФР. В итоге включение RФР получило распространение в ШЭП небольшой мощности с невысокими требованиями к динамическим характеристикам.

Рис. 15.8. Схема форсировки тока с двумя источниками напряжения (UФР, UHOM – соответственно форсированное и номинальное напряжение)

ШЭП с форсированным управлением. При вращении ротора индук-торно-реактивных ШД в результате изменения взаимной индуктивности между статором и ротором в обмотках фаз возникает генераторная ЭДС, увеличивающаяся по мере роста частоты вращения, что приводит к снижению тока и момента двигателя. Важно заметить, что для сохранения же момента среднее значение силы тока статора крайне важно поддерживать постоян-ным. С целью уменьшения влияния ЭДС вращения на характеристики ШЭП применяются различные способы форсировки нарастания и спада тока в обмотках фазы. Одно из возможных решений состоит по сути в том, что для формирования тока фазы используют два источника: форсиро-ванного напряжения UФР и номинального напряжения UHOM(рис.15.8).

При поступлении управляющего импульса Iу открываются транзис-торы VT1 и VT2 и источник. Напряжение UФР в несколько раз превы-шает напряжение UHOM, чем обеспечивается быстрое нарастание тока.

При достижении током фазы Iф номинального значения по сигналу с измерительного сопротивления RS, формирователœем импульсов ФИ транзистор VT1 запирается и ток Iф поддерживается на уровне номи-нального источником UH0M.

После снятия импульса Iу форсированный спад тока достигается благодаря встречному включению обмотки фазы на напряжение UФР, ᴛ.ᴇ. по цепи IФ – VD2 – RФР – UФР – UНОМ – IНОМ – VD1.

Стабилизация тока фазы возможна также путем применения широтно-импульсного регулятора.

Читайте также

  • - Режимы работы и характеристики шаговых двигателей

    Установившийся режим вра-щения имеет место при постоян-ной частоте управляющих им-пульсов fу, причем время такта Tком коммутации превышает время переходного процесса t1(t1<Гком = 1/fу). Скорость вра-щения ротора при этом опреде-ляется выражением (14.2). Ха-рактеристики... [читать подробенее]

  • oplib.ru

    Шаговые двигатели » Портал инженера

    Шаговые  двигатели относятся  к  классу  бесколлекторных  двигателей  постоянного  тока.  Как  и любые бесколлекторные двигатели, они имеют высокую надежность и большой срок службы, что позволяет использовать их в критичных, например, индустриальных применениях.

     По сравнению с обычными  двигателями  постоянного  тока,  шаговые  двигатели  требуют  значительно  более сложных  схем  управления,  которые  должны  выполнять  все  коммутации  обмоток  при  работе двигателя. Выбор контроллера для управления шаговым двигателем описан в статье Контроллеры ШД.  Кроме  того,  сам  шаговый  двигатель – дорогостоящее  устройство,  поэтому  там,  где точное  позиционирование  не  требуется,  обычные  коллекторные  двигатели  имеют  заметное преимущество. Справедливости ради следует отметить, что в последнее время для управления коллекторными  двигателями  все  чаще  применяют  контроллеры,  которые  по  сложности практически не уступают контроллерам шаговых двигателей. 

    Одним из главных преимуществ шаговых двигателей является возможность осуществлять точное позиционирование и регулировку скорости без датчика обратной связи. Это очень важно, так как такие датчики могут стоить намного больше самого двигателя. Однако это подходит только для систем, которые работают при малом ускорении и с относительно постоянной нагрузкой. В то же время  системы  с  обратной  связью  способны  работать  с  большими  ускорениями  и  даже  при переменном  характере  нагрузки.  Если  нагрузка  шагового  двигателя  превысит  его  момент,  то информация о положении ротора теряется и система требует базирования с помощью, например, концевого  выключателя  или  другого  датчика.  Системы  с  обратной  связью  не  имеют  подобного недостатка.

    При  проектировании  конкретных  систем  приходится  делать  выбор  между  сервомотором  и шаговым  двигателем.  Когда  требуется  прецизионное  позиционирование  и  точное  управление скоростью,  а  требуемый  момент  и  скорость  не  выходят  за  допустимые  пределы,  то  шаговый двигатель  является  наиболее  экономичным  решением.  Как  и  для  обычных  двигателей,  для повышения  момента  может  быть  использован  понижающий  редуктор.  Однако  для  шаговых двигателей редуктор не всегда подходит.

    В отличие от коллекторных двигателей, у которых момент растет с увеличением скорости, шаговый двигатель имеет больший момент на низких скоростях. К тому  же,  шаговые  двигатели  имеют  гораздо  меньшую  максимальную  скорость  по  сравнению  с коллекторными  двигателями,  что  ограничивает  максимальное  передаточное  число  и, соответственно,  увеличение  момента  с  помощью  редуктора.  Готовые  шаговые  двигатели  с редукторами хотя и существуют, однако являются экзотикой. Еще одним фактом, ограничивающим применение редуктора, является присущий ему люфт.  Возможность  получения  низкой  частоты  вращения  часто  является  причиной  того,  что разработчики,  будучи  не  в  состоянии  спроектировать  редуктор,  применяют  шаговые  двигатели неоправданно  часто.  В  то  же  время  коллекторный  двигатель  имеет  более  высокую  удельную мощность, низкую стоимость, простую схему управления, и вместе с одноступенчатым червячным редуктором он способен обеспечить тот же диапазон скоростей, что и шаговый двигатель. К тому же,  при  этом  обеспечивается  значительно  больший  момент.  Приводы  на  основе  коллекторных двигателей  очень  часто  применяются  в  технике  военного  назначения,  а  это  косвенно  говорит  о хороших параметрах и высокой надежности таких приводов. Да и в современной бытовой технике, автомобилях, промышленном оборудовании коллекторные двигатели распространены достаточно сильно.  Тем  не  менее,  для  шаговых  двигателей  имеется  своя,  хотя  и  довольно  узкая,  сфера применения, где они незаменимы. 

    Виды шаговых двигателей: 

    ·  двигатели с переменным магнитным сопротивлением

    ·  двигатели с постоянными магнитами

    ·  гибридные двигатели

    Определить тип двигателя можно даже на ощупь: при вращении вала обесточенного двигателя с постоянными  магнитами (или  гибридного)  чувствуется  переменное  сопротивление  вращению, двигатель вращается как бы щелчками. В то же время вал обесточенного двигателя с переменным магнитным  сопротивлением  вращается  свободно.  Гибридные  двигатели  являются  дальнейшим усовершенствованием двигателей с постоянными магнитами и по способу управления ничем от них не отличаются.

    Определить тип двигателя можно также по конфигурации обмоток. Двигатели с переменным  магнитным  сопротивлением  обычно  имеют  три (реже  четыре)  обмотки  с  одним общим  выводом.  Двигатели  с  постоянными  магнитами  чаще  всего  имеют  две  независимые обмотки.  Эти  обмотки  могут  иметь  отводы  от  середины.  Иногда  двигатели  с  постоянными магнитами имеют 4 раздельных обмотки.  В  шаговом  двигателе  вращающий  момент  создается  магнитными  потоками  статора  и  ротора, которые соответствующим образом ориентированы друг относительно друга.

    Статор изготовлен из материала  с  высокой  магнитной  проницаемостью  и  имеет  несколько  полюсов.  Полюс  можно определить как некоторую область намагниченного тела, где магнитное поле сконцентрировано. Полюса имеют как статор, так и ротор. Для уменьшения потерь на вихревые токи магнитопроводы собраны  из  отдельных  пластин,  подобно  сердечнику  трансформатора.

    Вращающий  момент пропорционален величине магнитного поля, которая пропорциональна току в обмотке и количеству витков.  Таким  образом,  момент  зависит  от  параметров  обмоток.  Если  хотя  бы  одна  обмотка шагового двигателя запитана, ротор принимает определенное положение. Он будет находится в этом положении до тех пор, пока внешний приложенный момент не превысит некоторого значения, называемого моментом удержания. После этого ротор повернется и будет стараться принять одно из следующих положений равновесия.

    Биполярные и униполярные шаговые двигателиВ  зависимости  от  конфигурации  обмоток  двигатели  делятся  на  биполярные  и  униполярные. Биполярный двигатель имеет одну обмотку в каждой фазе, которая для изменения направления магнитного поля  должна  переполюсовывается драйвером. Для  такого  типа  двигателя  требуется мостовой  драйвер,  или  полумостовой  с  двухполярным  питанием.  Всего  биполярный  двигатель имеет две обмотки и, соответственно, четыре вывода.Униполярный двигатель также имеет одну обмотку в каждой фазе, но от середины обмотки сделан отвод. Это позволяет изменять направление магнитного поля, создаваемого обмоткой, простым переключением половинок обмотки. При этом существенно упрощается схема драйвера. Драйвер должен  иметь  только 4 простых  ключа.  Таким  образом,  в  униполярном  двигателе  используется другой  способ  изменения  направления  магнитного  поля. 

    Средние  выводы  обмоток  могут  быть объединены внутри двигателя, поэтому такой двигатель может иметь 5 или 6 выводов Иногда  униполярные  двигатели  имеют  раздельные 4 обмотки,  по  этой  причине  их  ошибочно называют 4-х  фазными  двигателями.  Каждая  обмотка  имеет  отдельные  выводы,  поэтому  всего выводов 8.  При  соответствующем  соединении  обмоток  такой  двигатель  можно использовать как униполярный или как биполярный. Униполярный двигатель с двумя обмоткими и отводами  тоже  можно  использовать  в  биполярном  режиме,  если  отводы  оставить неподключенными.  В  любом  случае  ток  обмоток  следует  выбирать  так,  чтобы  не  превысить максимальной рассеиваемой мощности.  Если сравнивать между собой биполярный и униполярный двигатели, то биполярный имеет более высокую удельную мощность. При одних и тех же размерах биполярные двигатели обеспечивают больший момент.

    6-ти выводные шаговые двигатели

    Для подключения 6-ти выводного шагового двигателя к классическому биполярному драйверу может быть выбран один из двух способов - униполярное либо биполярное подключение обмоток двигателя.

    Униполярное подключение

    Если требуется вращать двигатель на средних и высоких скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения - использовать центральный отвод. Электрические характеристики двигателя - ток обмотки, сопротивление обмотки, статический крутящий момент, индуктивность обмоток и др. - в этом случае равны данным, приведенным в каталоге.

    Биполярное подключение

    Если требуется вращать двигатель на низких скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения - биполярное. 

    Электрические характеристики двигателя - ток обмотки, сопротивление обмотки, статический крутящий момент, индуктивность обмоток и др. - в этом случае равны данным, приведенным в каталоге. При таком типе подключения нужно уменьшить ток, подаваемый на обмотки двигателя в  √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при последовательном включении обмоток требуемый ток - 1.4 А, то есть в 1.4 раза меньше. Это можно легко понять из следующих рассуждений. Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R - именно оно приведено в каталоге). При последовательном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки возрастает в два раза (2R).

    Потребляемая мощность при униполярном включении - Iуниполяр.2 * R

    При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится Iбиполяр.2 * 2 * R

    Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому Iуниполяр.2 * R = Iбиполяр.2 * 2* R, откуда

    Iбиполяр.=  Iуниполяр. / √2, т.е.

    Iбиполяр.= 0.707 * Iуниполяр.

    Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением ток, пропускаемого через обмотки. Но так как ток уменьшился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

    Tбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

    8-ми выводные шаговые двигатели

    Для подключения 8-ми выводного шагового двигателя (то есть двигателя с четырьмя обмотками) к классическому биполярному драйверу может быть выбран один из трех способов - униполярное, последовательное либо параллельное подключение обмоток двигателя.

    Если требуется вращать двигатель на средних скоростях (из диапазона рабочих скоростей), лучший тип подключения - использовать лишь две из четырех обмоток.

    Наиболее эффективно для низкоскоростного диапазона рабочих скоростей двигателя.

    При таком типе подключения нужно уменьшить ток, подаваемый на обмотки двигателя в  √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при последовательном включении обмоток требуемый ток - 1.4 А, то есть в 1.4 раза меньше.

    Это можно легко понять из следующих рассуждений.

    Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R - именно оно приведено в каталоге). При последовательном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки возрастает в два раза (2R).

    Потребляемая мощность при униполярном включении - Iуниполяр.2 * R

    При последовательном включении обмоток потребляемая мощность становится Iпослед.2 * 2 * R

    Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому Iуниполяр.2 * R = Iпослед.2 * 2* R, откуда

    Iпослед.=  Iуниполяр. / √2, т.е.

    Iпослед.= 0.707 * Iуниполяр.

    Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением ток, пропускаемого через обмотки. Но так как ток уменьшился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

    Tпослед. = 1.4 * Tуниполяр.

    Наиболее эффективно использование параллельного включения обмоток для высоких скоростей.

    При таком типе подключения нужно увеличить ток, подаваемый на обмотки двигателя в  √2 раз. Например, если номинальный рабочий ток двигателя составляет 2 А, то при параллельном включении обмоток требуемый ток - 2.8 А, то есть в 1.4 раза больше.

    Это можно легко понять из следующих рассуждений.

    Номинальный рабочий ток, указанный в каталоге, рассчитан на сопротивление одной обмотки (R - именно оно приведено в каталоге). При параллельном включении обмоток сопротивление объединенной обмотки уменьшаетсяв два раза (0.5 R).

    Потребляемая мощность при униполярном включении - Iуниполяр.2 * R

    При параллельнном включении обмоток потребляемая мощность становится 0.5 * Iбиполяр.2 * R

    Потребляемая мощность не зависит от типа подключения, поэтому Iуниполяр.2 * R = 0.5 * Iбиполяр. 2 * R, откуда Iбиполяр..=  Iуниполяр. /√2, т.е.

    Iбиполяр.= 1.4 * Iуниполяр.

    Так как крутящий момент двигателя прямо пропорционален величине магнитного поля, создаваемого обмотками статора, то он возрастает с увеличением числа витков обмотки и убывает с уменьшением величины тока, пропускаемого через обмотки. Но так как ток увеличился в √2 раз, а число витков обмотки увеличилось в 2 раза, то крутящий момент возрастет в √2 раз.

    Tбиполяр. = 1.4 * Tуниполяр.

    При выборе шагового двигателя одной из важнейших характеристик является его скоростные качества, то есть зависимость момента на валу от скорости вращения. Сравнить и оценить эту характеристику можно зная значения сопротивления и индуктивности обмоток выбираемого двигателя. Чем больше соотношение R/L тем быстрее нарастает ток в обмотках и тем большую скорость вращения можно достичь без существенного падения момента. Объясняется это тем, что эквивалентная схема представляет собой последовательно соединенные индуктивность и омическое сопротивление,возникающая в цепи ЭДС самоиндукции препятствует изменению тока в цепи, замедляя его возрастание, а также спад тока при размыкании цепи. Ток не может вырасти мгновенно до номинального значения, а следовательно, крутящий момент двигателя тоже нарастает не мгновенно, а по экспоненте. При увеличении скорости вращения не только увеличивается скорость коммутации обмоток, но также уменьшается время, на которое подается напряжение на обмотку. При критической скорости ток в обмотке двигателя еще не успевает вырасти до номинального значения, а напряжение с обмотки уже снимается. Происходит снижение крутящего момента, двигатель начинает пропускать шаги.

     

    Источник: https://cncmodelist.ru/

    Обсудить на форуме

    ingeneryi.info

    Шаговые двигатели

    Шаговый двигатель является "цифровой" вариант электродвигателя. Ротор движется скачкообразно, как повелел, а не непрерывно вращающийся как обычный двигатель. Когда остановился, но под напряжением, шаговые (сокращенно от шагового двигателя) проводит свои нагрузки с устойчиво держит крутящий момент. Широкое признание распространение шагового двигателя в течение последних двух десятилетий было вызвано господство цифровой электроники. Современная полупроводниковая электроника водитель государство было ключом к его успеху. И, микропроцессоры легко взаимодействовать с шаговым двигателем цепи водителя.

    Приложение мудрый, предшественник шаговый двигатель был серводвигателя. Сегодня это более экономичное решение для высокопроизводительных приложений движение производительность контроля. Расходы и сложность серводвигателя связано с дополнительными компонентами системы: датчик положения и усилителя ошибки. (Рис. ниже ), он по-прежнему является способ установки тяжелых грузов за пределы понимания ниже степперы власти. Высокое ускорение или необычно высокая точность по-прежнему требует серводвигателя. В противном случае, по умолчанию шагового благодаря низкой стоимости, простой электроники диска, хорошая точность, хорошая крутящего момента, средней скорости и низкой стоимости.

    Шаговый двигатель сервопривода против.

    Шаговый двигатель позиционирует чтения-записи голову в дисковод. Они были когда-то для этой же цели в жестких дисков. Тем не менее, высокая скорость и точность требуется от современного позиционирования головок жесткого диска диктует использование линейного серводвигателя (звуковая катушка).

    Сервоусилитель является линейный усилитель с некоторыми трудно интегрировать отдельные компоненты. Значительные усилия конструкции, необходимые для оптимизации сервоусилителем усиления против фазы ответ на механические компоненты. Шаговый двигатель водители менее сложных твердотельных ключей, будучи либо "на" или "выключено". Таким образом, контроллер шагового двигателя является менее сложным и дорогостоящим, чем двигатель сервопривода.

    Slo-син синхронные двигатели могут работать от сети переменного тока напряжением, как однофазные постоянного конденсатора асинхронного двигателя. Конденсатор генерирует 90 о втором этапе. При постоянном напряжении линии, у нас есть 2-фазный привод. Диск сигналов биполярного (±) прямоугольной формы 2-24 являются более распространенными в наши дни. Биполярного магнитного поля также могут быть получены от однополярного (одной полярности) напряжениях на альтернативные концы центре обмотки с отводами. (Рис. ниже ) Другими словами, округ Колумбия, может быть переключена на двигатель так, что он видит переменного тока. Как обмотки напряжением в последовательности, ротор синхронизируется с последующим магнитного поля статора. Таким образом, мы относимся к шаговыми двигателями как класс синхронного двигателя переменного тока.

    Однополярный диск центр постучал в катушке (б), эмулирует переменного тока в одной катушки на (а).

    Характеристика

    Шаговые двигатели надежны и недороги, так как ротор не содержит обмотки контактными кольцами или коммутатор. Ротор представляет собой цилиндрический твердое вещество, которое может иметь как основные полюса или мелкими зубами. Чаще всего Ротор является постоянным магнитом. Определить, что ротор на постоянных магнитах без двигателя вращение рукой показывает фиксацией крутящего момента, крутящий момент пульсаций. Шаговый двигатель катушки намотаны в ламинированных статора, за исключением может суммироваться строительства. Там может быть всего лишь два обмотки фазы или целых пять. Эти фазы часто разбиваются на пары. Таким образом, 4-полюсный шаговый двигатель может иметь два этапа состоит в линии пар полюсов расстоянии 90 ° друг от друга. Там также может быть несколько пар полюсов на фазу. Например, 12-полюсный шаговый имеет 6 пар полюсов, три пары в каждой фазе.

    С шаговых двигателей не обязательно непрерывно вращаться, нет рейтинга лошадиных сил. Если они вращаются постоянно, они даже не приближаются к югу от дробной л.с. рейтингу возможности. Они действительно небольшие маломощных приборов по сравнению с другими двигателями. У них есть момент рейтинги тыс. унций (дюйм унций) или десять нм (ньютон-метров) на 4 единицы размера кг. Небольшой "копейки" размер шаговых имеет крутящий момент сотых ньютон-метров или несколько дюймов унций. Большинство степперы несколько дюймов в диаметре с долей нм или несколько унций в крутящий момент. Крутящий момент является функцией скорости вращения двигателя, инерция, нагрузке, а диск электроники, как показано на кривую крутящего момента против скорости. (Рис. ниже ) напряжением, холдинг шаговых имеет относительно высокий крутящий момент проведения рейтинга. Существует меньше крутящего момента доступны для работы двигателя, уменьшается до нуля при некоторой высокой скорости. Эта скорость часто не достижима из-за механического резонанса в сочетании нагрузки двигателя.

    Шаговые скоростными характеристиками.

    Шаговые двигатели один шаг за один раз, шаг угол, когда диск сигналы не будут изменены. Этот шаг угол связан с двигателем деталей конструкции: число витков, число полюсов, число зубьев. Это может быть от 90 ° до 0,75 о, что соответствует 4 500 шагов на оборот. Drive электроника может вдвое сократить шаг угол перемещения ротора в пол-шага.

    Степперы не может достигнуть скорости движения по кривой крутящего момента скорость мгновенно. Максимальная частота старт самый высокий уровень, на котором остановились и выгрузки шаговых может быть запущен. Любая нагрузка сделает этот параметр недостижим. На практике, шаг Скорость увеличили во время, начиная с намного ниже максимальной частоты старта. При остановке шагового двигателя, шаг ставка может быть снижена до остановки.

    Максимальный крутящий момент, при котором шаговый можно запускать и останавливать является прообразом крутящего момента. Этот момент нагрузка на шаговых обусловлено трения (тормозные) и инерционные (маховик) нагрузки на валу двигателя. Как только двигатель до скорости, выдвижной крутящий момент максимальный устойчивый крутящий момент без потери шагов.

    Есть три типа шаговых двигателей в порядке возрастания сложности: переменная нежелание, постоянный магнит и гибридные. Переменная нежелание шаговых имеет с твердым мягкий ротор сталь с выступающими полюсами. Постоянный магнит шаговых имеет цилиндрическую постоянного магнита ротора. Гибридные шаговые был мягкий зубы стали добавляется постоянный магнит ротора на меньший угол шага.

    Переменная нежелание шаговых

    Переменная нежелание шагового двигателя зависит от магнитного потока ищет самую низкую нежелание путь в магнитной цепи. Это означает, что неправильной формы, мягкий магнитный ротор будет двигаться завершить магнитной цепи, сводя к минимуму длину любого высокий воздушный зазор неохотой. Статора как правило, имеет три обмотки распределены между пар полюсов, ротор четыре основные полюса, уступая 30 ° шаг угол. (Рис. ниже ) обесточено шаговые, не фиксатором момент, когда рука повернута можно идентифицировать как переменные типа шаговых нежелание.

    Три этапа и четыре фазы переменного нежелание шаговых двигателей.

    Привод сигналов для 3-х шаговый φ можно увидеть в "Нежелание двигателя" раздел. Стремление к 4-шагового φ показано на рисунке ниже . Последовательное переключение фаз статора создает вращающееся магнитное поле, ротор следующим образом. Однако, в связи с меньшим количеством полюсов ротора, ротор движется меньше угол статора для каждого шага. Для переменной нежелание шагового двигателя, шаг угол определяется по формуле:

    Θ S = 360 ° / N S Θ R = 360 ° / N R Θ Θ ST = R - S Θ где: S = Θ статора углом Θ R = Ротор углом Θ = ST шаг угол N S = число полюсов статора, N Р = число полюсов ротора

    Выйдя последовательность переменной нежелание шаговые.

    На рисунке выше , переход от φ 1 φ 2 и т.д., магнитное поле статора вращается по часовой стрелке. Ротор движется против часовой стрелки (CCW). Обратите внимание, что не бывает! Пунктирная ротора зуб не переходить к следующему зуб статора. Вместо этого, φ 2 поля статора привлекает различных зубов при движении ротора против часовой стрелки, которая является меньший угол (15 °), чем статора углом 30 °. Ротор угол зуба 45 ° входит в расчет приведенного выше уравнения. Ротора против часовой стрелки перемещается к следующему ротора зуб на 45 °, но он совпадет с CW на 30 зубьев статора о. Таким образом, фактический угол шаг представляет собой разницу между статором углом 45 ° и ротора под углом 30 °. Как далеко шагового вращения если ротора и статора было такое же количество зубов? Нулевой нет обозначений.

    Начиная с отдыха с фазой φ 1 активировано три импульсов требуется (φ 2, φ 3, φ 4), чтобы выровнять "пунктирный" Ротор зуб на следующий статора против часовой стрелки зубов, которая составляет 45 °. С 3-импульсов в статор зуба и 8-зубцов статора, 24-импульсов или шагов перемещения ротора на 360 °.

    По вспять последовательность импульсов, направление вращения обратное справа вверху. Направление, частота шага, и количество шагов контролируются контроллером шагового двигателя питание водителя или усилителя. Это могут быть объединены в одной печатной плате. Контроллер может быть микропроцессор или специализированных интегральных схем. Водитель не является линейным усилителем, а просто по-выключения способны достаточно высокий ток для питания шаговых. В принципе, водитель может быть реле или переключатель для каждой фазы. На практике, водитель либо дискретный транзистор переключатели или интегральной схемы. Оба водителя и контроллер могут быть объединены в одну интегральную схему принятия команда направление и шаг импульса. Он выдает ток в надлежащем фаз в определенной последовательности.

    Переменная нежелание шагового двигателя.

    Разберите нежелание Степпер просмотра внутренних компонентов. В противном случае, мы показываем внутреннего строения переменной нежелание шагового двигателя на рисунке выше . Ротор выступающих полюсов, так что они могут быть привлечены к вращающемуся поле статора, как он включен. Фактический двигатель, гораздо больше, чем наша упрощенная иллюстрация.

    Переменная нежелание шаговыми приводами ходовой винт.

    Вал часто оснащены ходовой винт. (Рис. выше ) Это может двигаться главы флоппи-дисковода на команду, контроллер гибких дисков.

    Переменная нежелание шаговые двигатели применяются, когда лишь умеренный уровень крутящего момента необходима и грубого угол шага является адекватной. Винт диск, используемый в дисковод такое приложение. При включении питания контроллера деятельности, он не знает положение каретки. Тем не менее, он может вести к перевозке оптический прерыватель, калибровки положение, при котором лезвие ножа режет прерыватель как «дом». Регулятор считает шагом импульсов от этой позиции. Пока нагрузке не превышает крутящий момент двигателя, контроллер будет знать перевозки положение.

    Резюме: переменная нежелание шагового двигателя

    • Ротор представляет собой цилиндр мягкого железа с выступа (выступающие) полюсами.
    • Это самый сложный, самый недорогой шагового двигателя.
    • Единственный тип степпер с фиксацией крутящего момента не в руках вращения обесточено валу двигателя.
    • Большой угол шага
    • Ходовой винт часто монтируются на вал для линейного движения степпинг.

    Постоянный магнит шаговых

    Постоянных магнитов шагового двигателя имеет цилиндрическую постоянного магнита ротора. Статора обычно состоит из двух обмоток. Обмотки может быть использован для центра позволяют однополярной схемы драйвера, где полярность магнитного поля меняется на переключение напряжения из одного конца в другой обмотки. Диск биполярного переменной полярности требуется питание обмотки без центра крана. Чистый постоянный магнит шаговых как правило, имеет большой угол шага. Вращение вала обесточено двигатель экспонатов фиксацией крутящего момента. Если фиксатор угла большой, скажем, 7,5 о до 90 °, то, скорее всего, постоянный магнит Шаговые, а не гибридных шаговых (следующий пункт).

    Постоянный магнит шаговые двигатели требуют поэтапного переменного тока применяются к двум (или более) обмоток. На практике это почти всегда квадратные волны, от постоянного тока на твердотельной электроники Биполярное диск прямоугольной формы поочередно (+) и. (-) Полярности, например, +2.5 до -2.5 В. Однополярный диск поставляет (+) и (-) переменный магнитный поток катушки разработана с парой положительных квадратных волн на противоположных концах центр постучал катушку. Сроки биполярный или однополярный волна волна диск, полный шаг или полшага.

    Волна диск

    PM волна диск последовательность (а) φ 1 +, (б) φ 2 +, (в) φ 1 -, (г) φ 2 -.

    Концептуально, самый простой диск волна диска. (Рис. выше ) вращение последовательности слева направо положительно φ-1 точек ротора Северного полюса до (+)-φ 2 точки ротора право на север, отрицательные φ-1 привлекает ротора север вниз (-)-φ 2 точки ротора оставили . Волновой Привод сигналов ниже, показывают, что только одна катушка под напряжением одновременно. В то время как простые, это не производит столько крутящего момента, а другой техникой езды.

    Сигналы: биполярный волна диска.

    Сигналов (рис. выше ) являются биполярными, поскольку обе полярности (+) и (-) управлять шаговым. Катушки магнитное поле меняет, потому что полярность тока привода меняет.

    Сигналы: однополярный диск волны.

    (Рис. выше ) сигналов являются однополярной, потому что только одной полярности не требуется. Это упрощает электронику винчестера, но требует в два раза больше водителей. Есть в два раза больше сигналов, потому что пару (+) волн, необходимых для производства переменного магнитного поля путем применения к противоположным концам центр постучал катушку. Двигатель требует переменного магнитного поля. Они могут быть получены либо однополярного или биполярного волн. Тем не менее, двигатель катушки должны иметь центр краны для однополярного диска.

    Постоянный магнит шаговые двигатели изготавливаются с различными свинцовой проволокой конфигурации. (Рис. ниже )

    Шаговый двигатель диаграммы электропроводки.

    4-проводной мотор может двигаться только на биполярных сигналов. 6 проводов двигателя, наиболее распространенный механизм, предназначен для однополярного диска, потому что в центре краны. Хотя, может быть вызвано волны биполярного если центр краны игнорируются. 5-проводной двигатель может быть обусловлено однополярного волн, а общий кран центр мешает, если обе обмотки напряжением одновременно. 8-провод конфигурации редко, но обеспечивает максимальную гибкость. Он может быть подключен к однополярному диск, как и для 6-х или 5-проводной двигателя. Пары катушек могут быть соединены последовательно для высоковольтных биполярных низкий текущий диск, или параллельно с низким напряжением тока высокой.

    Бифилярной обмотки производится путем намотки катушек с двумя проводами параллельно, часто красного и зеленого эмалированных проводов. Этот метод дает точные 1:01 превращает отношения в центр постучал обмоток. Эта обмотка метод применим для всех, кроме 4-х проводной расположение выше.

    Полный привод шаг

    Полный привод обеспечивает шаг больший крутящий момент, чем волна диска, потому что обе катушки находятся под напряжением в то же время. Это привлекает ротора посередине полюса, между двумя полюсами поля. (Рис. ниже )

    Полный шаг, биполярное диска.

    Полный привод биполярные шаг, как показано на рисунке выше, имеет тот же угол шага, как волна диска. Однополярный диск (не показано), потребуется пара однополярного сигналов для каждой из выше биполярных сигналов применительно к концам центра обмотки с отводами. Однополярный привод использует менее сложным, менее дорогие схемы драйвера. Дополнительные расходы на диске биполярного оправдано, когда больший крутящий момент не требуется.

    Половина шаг дисков

    Этот шаг угла заданной геометрии шагового двигателя пополам с половиной шага диска. Это соответствует в два раза больше импульсов шагом в революции. (Рис. ниже ) Половина степпинг обеспечивает более высокое разрешение позиционирования вала двигателя. Например, половина активизации двигатель перемещения печатающей головки по бумаге струйный принтер будет в два раза плотность точек.

    Половина шаг, биполярное диска.

    Половина шаг диск сочетание драйва волны и полного привода шаг с одной обмотки напряжением, после чего обе обмотки напряжением, что дает в два раза больше шагов. Однополярный сигналов для полшага привода показано выше. Ротор выравнивается с полем полюсов, как и для волны дисков и между полюсами, как и для полного привода шаг.

    Microstepping можно со специализированными контроллерами. Изменяя ток в обмотках синусоидально многие микрошагов можно интерполировать между нормальной позиции.

    Строительство

    Contruction постоянного магнита шагового двигателя значительно отличаются от рисунков выше. Желательно, чтобы увеличить число полюсов за что иллюстрируется производить меньше шаг угла. Желательно также, чтобы уменьшить количество обмоток, или, по крайней мере, не увеличивать число витков для простоты изготовления.

    Постоянный магнит шаговым двигателем, 24-полюсный может стека строительства.

    Постоянный магнит шаговых (рисунок выше ) имеет только две обмотки, но имеет 24-полюсов в каждой из двух фаз. Этот стиль строительства известна как может суммироваться. Фазы обмотки обернуты мягким стальной оболочки, с пальцами принесли в центр. Одна фаза, на переходный основе, будет иметь северной стороны и с южной стороны. Каждая из сторон обтекает к центру пончик с двенадцатью встречноштыревую пальцы в общей сложности 24 полюсов. Данные переменные с севера на юг пальцев будет привлекать постоянных магнитов ротора. Если полярность фазы были отменены, ротор будет прыгать, 360 ° / 24 = 15 °. Мы не знаем, в каком направлении, которое не полезно. Однако, если активизировать φ-1, а затем φ-2, ротор будет двигаться 7,5 о, так как φ-2 смещения (поворота) на 7,5 о от φ-1. См. ниже для смещения. И он будет вращаться в направлении, если воспроизводимые фазы чередуются. Применение любого из вышеуказанных сигналов будет вращаться постоянного магнита ротора.

    Обратите внимание, что ротор серый феррита керамический цилиндр намагниченных в 24-полюсный картина показано на рисунке. Это можно рассматривать с магнитом фильма зритель или железные опилки применяется к оберточной бумаге. Впрочем, цветов будет зеленой и для северного и южного полюсов с фильмом.

    (А) Внешний вид может суммироваться, (б) смещение поля подробно.

    Can-стек стиль строительства PM шаговый является отличительной и легко определить по укладываются "банки". (Рис. выше ) Обратите внимание на вращательное смещение между двумя разделами фазы. Это ключ к созданию ротора следует переключение поля между двумя фазами.

    Резюме: постоянный магнит шагового двигателя

    • Ротор представляет собой постоянный магнит, часто феррита рукав намагниченных с многочисленными полюсов.
    • Can-стек конструкция обеспечивает многочисленные столбы из одной катушки с чередованием пальцев мягкого железа.
    • Большой умерить шаг угла.
    • Часто используется в компьютерных принтеров для продвижения бумаги.

    Гибридный шаговый двигатель

    Гибридный шаговый двигатель сочетает в себе черты обеих переменных нежелание шаговые и постоянного магнита Степпер производить меньше шаг угла. Ротор представляет собой цилиндрический постоянный магнит, намагниченный вдоль оси с радиальными мягкие железные зубы (рис. ниже ). Статора катушки намотаны на переменном полюсов с соответствующими зубами. Есть правило, два обмотки фазы распределены между пар полюсов. Эта обмотка может быть центром постучал в однополярном диска. В центре крана достигается за счет бифилярной обмотка, паре проводов раны физически параллельно, но соединены последовательно. На северо-южный полюса полярности своп фазу, когда нынешний этап диск восстанавливается. Биполярное дисков, необходимых для не-резьбовых обмоток.

    Гибридный шаговый двигатель.

    Отметим, что 48-зубьев на один ротор разделе смещение на половину шага от других. См. подробно полюса ротора выше. Этот ротор зуб смещение также показано ниже. Благодаря этому смещению, ротор эффективно имеет 96 чередующихся полюса противоположной полярности. Это смещение позволяет поворот в 1/96-й революции шаги, поменяв полярность поля одной фазы. Две обмотки фазы являются общими, как показано выше и ниже. Хотя, не может быть больше, чем пять этапов.

    Зубцов статора на 8 полюсов соответствует 48-ротор зубы, за исключением отсутствующих зубов в пространстве между полюсами. Таким образом, одним из полюсов ротора, скажем, южного полюса, может привести со статором в 48 различных позициях. Тем не менее, зубы южного полюса смещены к северу зубы на половину зуба. Таким образом, ротор может привести со статором в 96 различных позициях. Эта половина зубов показывает смещение в роторе подробно полюс выше, или рисунок ниже .

    Как будто этого не было достаточно сложно, статоров главных полюсов делятся на две фазы (φ-1, φ-2). Эти фазы статора смещены друг от друга на одну четверть зуба. Эта деталь только заметной на схемах ниже. В результате ротор движется с шагом 1/4 зуба, когда фазы попеременно под напряжением. Другими словами, ротор движется в 2 × 96 = 192 шагов на оборот для шаговых выше.

    Выше рисунок представитель фактического гибридных шаговых двигателей. Тем не менее, мы предлагаем упрощенную живописных и схематическое изображение (рисунок ниже ), чтобы показать детали не очевидно выше. Обратите внимание на уменьшение количества катушек и зубы в ротор и статор для простоты. В ближайшие две цифры, мы пытаемся, чтобы проиллюстрировать четверть оборота зуба производится двумя фазами статора смещение на четверть зуба, а ротор 1/2 зуба смещения. Четверть статора зуб смещение в сочетании с приводом текущего времени также определяет направление вращения.

    Гибридный шаговый двигатель схема.

    Особенности гибридных шаговых схема (рис. выше )

    • В верхней части ротора постоянный магнит Южного полюса, в нижней север.
    • Ротор с севера на юг зубы смещены на половину зуба.
    • Если φ-1 статор временно напряжением север сверху, юг внизу.
    • Верхняя φ-1 зубы статора выровнять севера на юг верхний ротор зубов.
    • В нижней φ-1 "зубы статора выровнять юге ротора нижней севере зубов.
    • Достаточно крутящий момент на валу преодолеть удержания в момент будет двигаться ротора одного зуба.
    • Если полярность φ-1 были отменены, ротор будет двигаться на половину зубов, направление неизвестно. Выравнивание будет юге верхней статор ротор на север внизу, к северу статор ротор снизу юг.
    • Φ-2 статора зубы не совпадают с ротором зубы, когда φ-1 находится под напряжением. В самом деле, φ-2 зубы статора смещены на одну четверть зуба. Это позволит поворот на эту сумму, если φ-1 обесточивается и φ-2 напряжением. Полярность φ-1 и диск определяет направление вращения.

    Гибридный шаговый двигатель вращения последовательности.

    Гибридный шаговый двигатель вращения (рисунок выше )

    • Ротор вершине постоянного магнита на юг, снизу север. Поля φ1, φ-2 переключаемых: включена, выключена, реверс.
    • . (А) φ-1 = о = северо-сверху, φ-2 = с краю (сверху вниз): φ-1 статор-N: роторно-топ-S, φ-1 "статор-S: роторно-дно -N. Стартовая позиция, поворот = 0.
    • (Б) φ-1 = с, φ-2 = по краю (справа налево). Φ-2 статор-N-направо: роторно-топ-S, φ-2 "статор-S: роторно-дно-N . Поворот 1/4 зуба, общее вращение = 1/4 зуба.
    • . (С) φ-1 = обратный (на), φ-2 = с краю (снизу вверх): φ-1 статор-S: роторно-дно-N, φ-1 "статор-N: ротор-топ- С. Поворот 1/4 зуба с последней позиции. Всего с начала вращения: 1/2 зуба.
    • Не показано: φ-1 = с, φ-2 = обратный (на) Выравнивание (слева направо). Всего вращения: 3/4 зуба.
    • Не показано: φ-1 = включен, φ-2 = OFF (так же как (а)) Выравнивание (сверху вниз). Всего вращения 1-зуб.

    Незапитанном шагового двигателя с фиксацией крутящего момента или постоянного магнита шаговых или гибридных шаговых. Гибридные шаговые будет иметь небольшой угол шага, гораздо меньше, чем на 7,5 о постоянных магнитов степперы. Этот шаг может быть угол доли градуса, что соответствует несколько сот шагов на оборот.

    Резюме: гибридный шаговый двигатель

    • Этот шаг угол меньше, чем переменная нежелание или постоянного магнита степперы.
    • Ротор представляет собой постоянный магнит с мелкими зубьями. Север и юг зубы смещены на половину зуба меньше шаг угла.
    • Полюсов статора имеют соответствующие мелких зубов одного и того же поля, как ротор.
    • Обмотки статора делятся на не менее чем два этапа.
    • Полюсами одной обмотки статора смещены на четверть зуб за еще меньшим шагом угол.

    shemabook.ru