Шаговые двигатели механические характеристики

Шаговые двигатели механические характеристики

Шаговый двигатель представляет собой синхронную вращающуюся машину, обычно питаемую импульсами постоянного тока. Магнитное поле генерируется ступенчатой подачей каждой пары полюсов. Движение шагового ротора прерывисто на низких скоростях, ротор движется между устойчивыми положениями под определенным углом — мы говорим о движении по ступеням. Количество шагов (стабильные положения простоя) определяется числом пар полюсов, а также может влиять на то, как вы его управляете. Управляющая электроника — контроллер шагового двигателя — всегда должна приводиться в движение этим двигателем. Механический контакт и, следовательно, истирание не происходят в шаговых двигателях, кроме подшипников. Поэтому они характеризуются большой механической прочностью, долговечностью и практически без обслуживания. Недостатком шаговых двигателей является так называемая ступенчатая потеря, которая возникает при превышении предельной нагрузки и тенденции к механической облитерации, она может привести к нестабильности в движении. Обе эти отрицательные характеристики могут быть исключены путем выбора подходящего двигателя и контроллера с учетом характеристик крутящего момента привода.

Контроллер шагового двигателя

Контроллер шагового двигателя представляет собой специальную электронную схему, которая генерирует импульсы в определенной последовательности и длине. Эти импульсы, последовательно через силовую секцию, вращают отдельные витки ротора в точном порядке. Частота, порядок и длительность импульсов от цепи управления контролируют число, скорость вращения ротора и крутящий момент машины.

Шаг — реакция шагового ротора на управляющий импульс. Ротор перемещается из начального положения (состояние холостого хода) в следующее положение магнитного покоя за один шаг.

Угол наклона представляет собой номинальный угол, который соответствует изменению положения ротора после прибытия одного импульса. На воздействие конструкции двигателя, то есть на количество фаз статора, количество полюсов ротора и управление шаговым двигателем, влияет угол шага.

Типы шаговых двигателей

В зависимости от конструкции шаговые двигатели делятся на четыре группы

Пассивные шаговые двигатели, иногда называемые двигателями сопротивления или шагового двигателя с переменным сопротивлением в англоязычной литературе, перечислены в разделе VR или VRM — Двигатели с переменным сопротивлением. Ротор этого типа шагового двигателя изготовлен из высококачественных полюсов из магнитно-мягкого материала.

Активные шаговые двигатели — или ступенчатые двигатели с активным ротором, иногда называемые ступенчатыми двигателями с радиально поляризованным постоянным магнитом в английской литературе, на них ссылается аббревиатура PM — Permanent Magnet. Ротор этого типа состоит из постоянного магнита вдоль периферии ротора с чередующимися северными и южными полюсами постоянного магнита.

Гибридные шаговые двигатели — иначе называемые активные шаговые двигатели с аксиально ориентированным постоянным магнитом в английской литературе, обозначенной HB-Hybrid. Это особый вид активных шаговых двигателей, ротор которых образован аксиально расположенным постоянным магнитом, на его концах (северный и южный полюс) размещены ферромагнитные удлинения полюсов. Это своего рода сочетание двух предыдущих типов шагового двигателя.

Линейные шаговые двигатели — это тип машины, которая выполняет прерывистое скользящее движение. Статор этого двигателя разворачивается по прямой. Купить сервопривод можно через интернет. Чтобы купить серводвигатель не понадобится значительных затрат.

Никакой тип двигателя не имеет каких-либо четких преимуществ в отличие от своих конкурентов. Но каждый из них имеет свои небольшие возможности. Таким образом, трехфазные двигателя Faster имеют меньший крутящий момент, чем биполярные, если они одинакового размера, а так же они сохраняются лучше, поэтому они отлично работают с редукторами на высокоскоростных передачах.

Bipolar — наиболее распространенный, дает высокую производительность на низкой скорости, легко покупать запчасти вместо того, чтобы поддерживать работоспособность. Unipolar — это гибкое решение, оно фактически включает в себя несколько типов биполярных двигателей (в зависимости от того, как подключить катушку) и настоящий 6-контактный двигатель. Если вам требуется высокоскоростное вращение — рекомендуется использовать трехфазный двигатель.

В настоящее время рынок заполнен самыми разнообразными моделями, доступными для широкого спектра применений. Не удивительно, что покупателя можно ввести в заблуждение при выборе шагового двигателя, даже если вы готовы и изучили характеристики шаговых двигателей.

Преимущества шагового двигателя:

— Угол поворота вала пропорционален количеству входных импульсов.

— Скорость вращения пропорциональна частоте входного импульса.

— Управление с разомкнутым контуром без необходимости обратной связи по положению.

— Быстрая и точная реакция на ускорение, замедление и изменение направления вращения.

— Не кумулятивная ошибка позиционирования (± 5% от угла).

— высокий крутящий момент при низких скоростях; нет необходимости использовать редукторы.

— Шаговый двигатель может быть перегружен и остановлен без повреждений.

— Более высокий срок службы, поскольку в двигателе нет щеток и коммутаторов.

— Для большинства двигателей ротор установлен в прецизионных шарикоподшипниках.

Недостатки шагового двигателя

— Они подвержены резонансу при определенных скоростях вращения.

— Не подходит для высокоскоростного вращения.

— Если шаг утерян, позиция ведомого устройства теряется, и система должна быть повторно инициализирована.

— Они имеют меньший крутящий момент, чем двигатели переменного или постоянного тока аналогичного размера.

— Удерживает крутящий момент при высоких скоростях.

Шаговые двигатели и особенности их применения

Шаговые двигатели — разновидность бесколлекторных двигателей. Их основные типы: с переменным магнитным сопротивлением, с постоянными магнитами, гибридные. Варианты исполнения обмоток двигателя. Режимы и способы управления им, особенности использования.

• посмотреть текст работы «Шаговые двигатели и особенности их применения»

• скачать работу «Шаговые двигатели и особенности их применения» (реферат)

Подобные документы

Двигатели с независимым и с параллельным возбуждением и с постоянными магнитами. Скоростные и механические характеристики. Свойство саморегулирования вращающего момента в соответствии с противодействующим моментом. Способы регулирования частоты вращения.

контрольная работа, добавлен 25.07.2013

Обоснование целесообразности использования энергосберегающих электроприводов с частотным регулированием. Методы оценок энергетических характеристик вентильных двигателей на постоянных магнитах. Расчет потребляемой мощности из сети асинхронного двигателя.

дипломная работа, добавлен 19.05.2019

Общая теория электрических ракетных двигателей. Особенности двигательных установок с малой тягой. Электрические ракетные двигатели и перспективные двигательные установки других типов. Ионный двигатель и его основные элементы. Контактные ионные источники.

курсовая работа, добавлен 01.02.2010

Промышленное применение электроэнергии. Совершенствование паровых двигателей и котельных установок. Новые тепловые двигатели. Паровые турбины. Двигатели внутреннего сгорания. Водяные турбины. Идея использования атомной энергии.

реферат, добавлен 03.04.2003

Расчет механических характеристик двигателей постоянного тока независимого и последовательного возбуждения. Ток якоря в номинальном режиме. Построения естественной и искусственной механической характеристики двигателя. Сопротивление обмоток в цепи якоря.

контрольная работа, добавлен 29.02.2012

Коэффициент полезного действия теплового двигателя. Основные элементы конструкции и функции газовой турбины. Поршневые двигатели внутреннего сгорания, их классификация. Два основных класса реактивных двигателей и характеризующие их технические параметры.

презентация, добавлен 24.10.2016

Тепловой двигатель как устройство, в котором внутренняя энергия преобразуется в механическую, история его появления. Типы двигателя внутреннего сгорания. Схемы работы двигателей. Экологические проблемы использования тепловых машин и пути их решения.

презентация, добавлен 25.03.2012

Назначение, устройство и принцип действия однофазного и трёхфазного трансформаторов, коэффициент трансформации, обозначение зажимов обмоток. Устройство и принцип работы асинхронного двигателя, соединение обмоток статора. Устройство магнитных пускателей.

шпаргалка, добавлен 23.10.2009

Изобретение первой паровой машины. Характеристика, строение, принципы работы двигателя внутреннего сгорания, двигателя Стирлинга, электродвигателя, пневмодвигателя, их классификации. Влияние выбросов двигателей на окружающую среду, загрязнение атмосферы.

презентация, добавлен 18.03.2011

Характерные особенности работы и конструкции бесконтактных двигателей постоянного тока типа БК-1, ДБ, которые предназначены для применения в составе научной и служебной аппаратуры космических аппаратов, других технических средств с высокой надежностью.

реферат, добавлен 28.02.2011

• 1
• 2
• 3
• 4
• »

Применение шаговых двигателей

Использование шаговых двигателей в производстве

Шаговые электродвигателя представляют собой бесколлекторные синхронные импульсные двигатели. Поворот ротора на определенный угол и установка его в заданном положении осуществляется за счет поступающих в возбуждающую обмотку статора управляющих импульсов. В результате протекания импульсного потока через обмотку меняется ориентация магнитного поля между полюсами статора и создается механическое поворотное усилие. Необходимые угловые перемещения или шаги ротора производятся последовательной активацией обмоток статора. У шаговых двигателей купить отсутствует пусковая обмотка, т.к. используется частотный пуск, и для осуществления установки ротора в нужную позицию нет необходимости в датчике положения. Отсутствие коллектора повышает надежность и долговечность устройства.Приборы такого типа применяются в промышленности в качестве исполнительных устройств.

Установка

Шаговые двигатели устанавливаются в устройствах с дискретным управлением при необходимости точного позиционирования исполнительных механизмов. Их также используют в оборудовании с непрерывным перемещением и импульсным управлением, в котором характер движения задается программно, например, в станках с ЧПУ. Ротор может поворачиваться не только на заданный угол, но и на определенное число оборотов вокруг оси. Эта возможность позволяет использовать шаговые двигатели для позиционирования считывающих головок дисковых накопителей, проигрывателях оптических дисков, печатающих головок принтеров, сканеров и других бытовых и промышленных устройств и приборов.

Применение шаговых двигателей

Кроме промышленного и бытового секторов шаговые двигатели находят применение в творчестве радиолюбителей, изготовлении роботов, самодельных движущихся устройств, самодельных станков с ЧПУ и т.д. Купить шаговый двигатель для ЧПУ можно также через интернет. В двигателях используются постоянные магниты, электромагниты или оба вида магнитов в гибридных моделях. Последние чаще используются в промышленных станках различного назначения. Питаются двигатели от источника постоянного тока. Механические характеристики устройств зависят от частоты вращения вала и напряжения. При большой частоте момент на валу понижается. Такие устройства наиболее эффективны в низко динамических системах. Существуют разные способы управления шаговыми двигателями купить. Для управления используются специализированные контроллеры или сложные электронные схемы. Есть модели с управлением импульсными сигналами через порт компьютера.

К достоинствам шаговых двигателей относится доступность, позволяющая недорого купить шаговый двигатель для ЧПУ, при большой точности и стабильности угловых перемещений, простота установки, подключения и управления. Шаговые двигатели отличаются высокой безопасностью, надежностью и долговечностью. Для шагового двигателя не нужен редуктор, т.к. на низких оборотах угловой момент оказывается достаточным для любого применения. При выходе из строя устройство просто останавливается. Для определения текущего углового положения ротора не используется усложняющая схему обратная связь.

Возможные недостатки

Имеются и определенные недостатки, которые нужно учитывать перед тем как купить шаговый двигатель для ЧПУ. К ним относится невысокий коэффициент полезного действия и высокое удельное потребление энергии. По сравнению с электродвигателями других типов со сходными характеристиками они обладаю невысокой мощностью. Для исключения резонанса необходима специальная схема управления. Бывает повышенный нагрев и шум при работе. Устройства отличаются высокой инерционностью и низкой устойчивостью к перегрузкам. Угловой момент зависит от частоты вращения ротора. Отсутствует контур обратной связи, используемый для контроля точности позиционирования. Несмотря на недостатки, шаговые двигатели широко применяются в бытовых электронных приборах и промышленном оборудовании.

Электропривод с линейными двигателями

Подавляющее большинство электродвигателей является электродвигателями вращательного движения. В то же время многие рабочие органы производственных машин должны по технологии своей работы осуществлять поступательное (например, конвейеры, транспортеры и др.) или возвратно-поступательное движение (механизмы подачи станков, манипуляторы, поршневые и другие машины).

Преобразование вращательного движения в поступательное осуществляется посредством специальных кинематических звеньев: винт-гайка, шарико-винтовая передача, шестерня-зубчатая рейка, кривошипно-шатунная передача и другие.

Естественным для конструкторов рабочих машин является желание использовать для привода рабочих органов, совершающих поступательное и возвратно-поступательное движение, двигателей, ротор которых движется линейно.

В настоящее время получают развитие электроприводы, использующие линейные асинхронные, вентильные и шаговые двигатели. Принципиально линейный двигатель любого типа может быть образован из двигателя вращательного движения путем линейной развертки цилиндрического статора в плоскость.

Представление об устройстве линейного асинхронного двигателя можно получить, если развернуть статор асинхронного двигателя в плоскость. При этом вектор намагничивающих сил статора будет линейно перемещаться вдоль развертки статора, т.е. при этом образуется не вращающееся (как в обычных двигателях), а бегущее электромагнитное поле статора.

В качестве вторичного элемента может использоваться ферромагнитная полоса, располагаемая с небольшим воздушным зазором вдоль развертки статора. Эта полоса играет роль короткозамкнутого ротора. Вторичный элемент увлекается движущимся полем статора и линейно перемещается со скоростью, меньшей скорости движения поля статора на величину линейного абсолютного скольжения.

Линейная скорость бегущего электромагнитного поля будет

где τ, м — полюсное деление — расстояние между соседними полюсами линейного асинхронного двигателя.

Скорость вторичного элемента

где sЛ — относительное линейное скольжение.

При питании двигателя напряжением стандартной частоты получаемые скорости поля будут достаточно велики (более 3 м/с), что затрудняет использование этих двигателей для привода промышленных механизмов. Такие двигатели применяются для высокоскоростных транспортных механизмов. Для получения более низких скоростей движения и регулирования скорости линейного асинхронного двигателя его обмотки питают от преобразователя частоты.

Рис. 1. Конструкция линейного однокоординатного двигателя.

Применяются несколько вариантов конструкций линейного асинхронного двигателя. Одна из них показана на рис. 1. Здесь вторичный элемент (2) — полоса, соединенный с рабочим органом, перемещается по направляющим 1 под действием бегущего электромагнитного поля, создаваемого статором 3. Такая конструкция удобна для компоновки с рабочей машинной, однако, она сопряжена со значительными потоками рассеяния поля статора, вследствие чего cosφ двигателя будет низким.

Рис.2. Линейный двигатель цилиндрической конструкции

Для увеличения электромагнитной связи между статором и вторичным элементом, последний размещают в прорезь между двумя статорами, либо конструкция двигателя выполняется в виде цилиндра (см. рис. 2). В этом случае статор двигателя представляет собой трубку (1), внутри которой расположены цилиндрические наборные катушки (2), являющиеся обмоткой статора. Между катушками размещены ферромагнитные шайбы 3, являющиеся частью магнитопровода. Вторичный элемент — шток трубчатой формы также выполнен из ферромагнитного материала.

Линейные асинхронные двигатели могут также иметь обращенную конструкцию, когда вторичный элемент неподвижен, а перемещается статор. Такие двигатели обычно применяются на транспортных средствах. В этом случае в качестве вторичного элемента используется рельс или специальная полоса, а статор размещается на подвижной тележке.

Недостатком линейных асинхронных двигателей является низкий к.п.д и связанные с этим потери энергии, прежде всего, во вторичном элементе (потери скольжения).

В последнее время кроме асинхронных начали применяться синхронные (вентильные) двигатели. Конструкция линейного двигателя такого типа аналогична представленной на рис. 1. Статор двигателя развернут в плоскость, а на вторичном элементе размещаются постоянные магниты. Возможен вариант обращенной конструкции, когда статор является подвижной частью, а вторичный элемент с постоянными магнитами неподвижен. Переключение обмоток статора производится в зависимости от относительного положения магнитов. С этой целью в конструкции предусмотрен датчик положения (4 — на рис. 1).

Для позиционных приводов эффективно применяются также линейные шаговые двигатели. Если развернуть в плоскость статор шагового двигателя, а вторичный элемент выполнить в виде пластины, на которой путем фрезерования канавок образованы зубцы, то при соответствующем переключении обмоток статора вторичный элемент будет совершать дискретное движение, шаг которого может быть весьма малым — до долей миллиметра. Часто применяется обращенная конструкция, в которой вторичный элемент неподвижен.

Скорость линейного шагового двигателя определяется величиной зубцового деления τ, числом фаз m и частотой переключения

Получение высоких скоростей движения не вызывает трудностей, поскольку увеличение зубцового деления и частоты не лимитируется технологическими факторами. Ограничения существуют для минимального значения τ, т.к. отношение зубцового деления к величине зазора между статором и вторичным элементом должно быть не меньше 10.

Использование дискретного привода позволяет не только упростить конструкцию механизмов, совершающих линейное однокоординатное движение, но и дает возможность с помощью одного привода получить двух или многокоординатное движение. Если на статоре подвижной части расположить ортогонально две системы обмоток, а во вторичном элементе выполнить канавки в двух перпендикулярных направлениях, то подвижный элемент будет совершать дискретное движение в двух координатах, т.е. обеспечивать перемещение на плоскости.

В этом случае возникает задача создания опоры для подвижного элемента. Для ее решения может использоваться воздушная подушка — напор воздуха, подаваемого в пространстве под подвижным элементам. Линейные шаговые двигатели развивают относительно низкое тяговое усилие и имеют низкий к.п.д. Основной областью их применения являются легкие манипуляторы, легкие сборочные станки, измерительные машины, станки для лазерной резки и другие устройства.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Ранее на эту тему: Электропривод

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети: