Шаговый двигатель что это такое где при

Шаговый двигатель что это такое где при

Биполярный шаговый двигатель (ШД) относятся к виду/классу бесколлекторных двигателей непрерывного (постоянного) тока. Как любые бесколлекторные двигатели – ШД имеют большой срок службы и достаточно высокую надежность, что позволяет использовать их в крайне критичных применениях (например, индустриальных).

Сравнение биполярных шаговых двигателей с традиционным двигателем

Если сравнивать шаговые двигатели с традиционными двигателями постоянного тока, то, безусловно, первые требуют более сложных (причем значительно сложных) схем управления, которые в свою очередь должны выполнять, совершенно все коммутации обмоток во время работы двигателя. Кроме того, сам ШД достаточно дорогостоящее устройство, поэтому, где чрезмерно точное позиционирование не требуется, обычные коллекторные двигатели в таких случаях имеют заметное и явное преимущество. Следует отметить, что для управления коллекторными двигателями в последнее время все чаще и чаще применяют специальные контроллеры, практически не уступающие по сложности и восприятию контроллерам ШД.

Преимущества шагового двигателя фрезерного станка с ЧПУ

Одним из основных существенных преимуществ шаговых двигателей, безусловно, является возможность реализовывать точное позиционирование и соответственно регулировку скорости, причем без датчика обратной связи. Данный факт очень важен, потому как эти датчики могут в разы превышать себестоимость самого двигателя. Но это подходит исключительно для систем, работающих при малом ускорении и к тому, же с относительно постоянной нагрузкой. Однако в это же время системы, обладающие обратной связью вполне способны работать с достаточно большими ускорениями, причем, при переменном характере нагрузок. Если нагрузки шагового двигателя превысят его момент, то соответственно информация о положении его ротора теряется, а система требует обязательного базирования с помощью, к примеру, либо концевого выключателя, либо же другого датчика. Таким образом, системы с обратной связью абсолютно не имеют подобного недостатка.

Что выбрать сервомотор или шаговый двигатель

Во время проектирования конкретных систем приходится выбирать между сервомотором и непосредственно шаговым двигателем. Когда требуется точное управление скоростью и прецизионное позиционирование, а скорость и требуемый момент не выходят за дозволенные пределы, то здесь наиболее экономичным решением является, конечно же, ШД. Как и для традиционно-обычных двигателей, для повышения требуемого момента может быть применен понижающий редуктор. Однако в некоторых случаях для шаговых двигателей такой редуктор не всегда приемлем.
В отличие от коллекторных двигателей, у которых момент растет с постоянным увеличением скорости, шаговый двигатель обладает большим моментом на низких скоростях. При этом шаговые двигатели имеют существенно меньшую максимальную скорость, если сравнивать их с коллекторными, что, безусловно, ограничивает максимальное передаточное число и, конечно же, увеличение момента при помощи редуктора.

Использование и применение шагового двигателя

Готовые ШД с редукторами, хотя в настоящее время и существуют, но на сегодняшний день – являются экзотикой. Еще одним значимым фактором, ограничивающим применение редуктора, выражается в присущему ему люфту. Вероятность получения низкой частоты вращения достаточно часто является основной причиной того, что сами разработчики не в силах спроектировать качественный редуктор, используют шаговые двигатели НЕоправданно часто. При этом коллекторный двигатель обладает более высокой удельной мощностью, весьма низкой стоимостью и достаточно простой схемой управления. А одновременно с одноступенчатым червячным редуктором коллекторный двигатель способен обеспечить такой же диапазон скоростей, как и непосредственно – шаговый двигатель. Ко всему прочему, при всем этом обеспечивается существенно больший момент.
Приводы на основании коллекторных двигателей весьма и весьма часто используются в технике военного предназначения, что косвенно доказывает их отличные параметры качества и высокую надежность. В современных автомобилях, бытовой технике, промышленном оборудовании коллекторные двигатели достаточно сильно распространены. Но, тем не менее, шаговые двигатели имеют свою хоть и довольно узкую, но эффективно впечатляющую сферу применения, где они – просто незаменимы!

Шаговый двигатель

Ша́говый электродви́гатель — это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток подаваемый в одну из обмоток статора вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.

Конструктивно шаговые электродвигатели состоят из статора, на котором расположены обмотки возбуждения, и ротора выполненного из магнито-мягкого (ферромагнитного) материала или из магнито-твёрдого (магнитного) материала. Шаговые двигатели с магнитным ротором позволяют получать бо́льший крутящий момент и обеспечивают фиксацию ротора при обесточенных обмотках. Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным магнитным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами. Ротор гибридного двигателя имеет зубцы, расположенные в осевом направлении. Ротор разделен на две части, между которыми расположен цилиндрический постоянным магнит. Таким образом, зубцы верхней половинки ротора являются северными полюсами, а зубцы нижней половинки — южными. Кроме того, верхняя и нижняя половинки ротора повернуты друг относительно друга на половину угла шага зубцов. Число пар полюсов ротора равно количеству зубцов на одной из его половинок. Зубчатые полюсные наконечники ротора, как и статор, набраны из отдельных пластин для уменьшения потерь на вихревые токи. Статор гибридного двигателя также имеет зубцы, обеспечивая большое количество эквивалентных полюсов, в отличие от основных полюсов, на которых расположены обмотки.Обычно используются 4 основных полюса для 3.6 град. двигателей и 8 основных полюсов для 1.8 — 0.9 град. двигателей. Зубцы ротора обеспечивают меньшее сопротивление магнитной цепи в определенных положениях ротора, что улучшает статический и динамический момент. Это обеспечивается соответствующим расположением зубцов, когда часть зубцов ротора находится строго напротив зубцов статора, а часть между ними.

Читать еще:  Высокие обороты двигателя на холостом ходу шкода октавия

В машиностроении наибольшее распространение получили высокомоментные двухфазные гибридные шаговые электродвигатели с угловым перемещением 1,8°/шаг (200 шагов/оборот) или 0,9°/шаг (400 шаг/об). Точность выставления шага определяется качеством механической обработки ротора и статора электродвигателя. Производители современных шаговых электродвигателей гарантируют точность выставления шага без нагрузки до 5% от величины шага.

Дискретность шага создаёт существенные вибрации, которые в ряде случаев могут приводить к снижению крутящего момента и возбуждению механических резонансов в системе. Уровень вибраций удаётся снижать при использовании режима дробления шага или при увеличении количества фаз.

Режим дробления шага (микрошаг) реализуется при независимом управлении током обмоток шагового электродвигателя. Управляя соотношением токов в обмотках можно зафиксировать ротор в промежуточном положении между шагами. Таким образом можно повысить плавность вращения ротора и добиться высокой точности позиционирования. Качество изготовления современных шаговых двигателей позволяет повысить точность позиционирования в 10-20 раз.

Шаговые двигатели стандартизованы по посадочным размерам и размеру фланца: NEMA 17, NEMA 23, NEMA 34, . — размер фланца 42мм, 57мм, 86мм, 110мм соответственно. Шаговые электродвигатели NEMA 23 могут создавать крутящий момент до 18 кгс*см, NEMA 34 до 120 кгс*см и до 210кгс*см для двигателей с фланцем 110мм.

Шаговые двигатели создают сравнительно высокий момент при низких скоростях вращения. Момент существенно падает при увеличении скорости вращения. Однако, динамические характеристики двигателя могут быть существенно улучшены при использовании драйверов со стабилизацией тока в широком диапазоне напряжений.

Шаговые электродвигатели применяются в приводах машин и механизмов, работающих в старт-стопном режиме, или в приводах непрерывного движения, где управляющее воздействие задаётся последовательностью электрических импульсов, например, в станках с ЧПУ. В отличие от сервоприводов, шаговые приводы позволяют получать точное позиционирование без использования обратной связи от датчиков вращения.

Главное преимущество шаговых приводов — низкая цена, в среднем в 1,5-2 раза дешевле сервоприводов. Шаговый привод как недорогая альтернатива сервоприводу наилучшим образом подходит для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика.

Wikimedia Foundation . 2010 .

  • Шаговой искатель
  • Шагинян

Смотреть что такое «Шаговый двигатель» в других словарях:

шаговый двигатель — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва] Тематики электротехника, основные понятия EN inching motorpecking motorquantizing motorstep motorstep by step… … Справочник технического переводчика

шаговый двигатель — žingsninis variklis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. step by step motor; stepper; stepping motor vok. Schrittmotor, m rus. шаговый двигатель, m pranc. moteur pas à pas, m … Automatikos terminų žodynas

линейный шаговый двигатель — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN linear pulse motor … Справочник технического переводчика

Шаговый электродвигатель — Шаговый электродвигатель это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные… … Википедия

первичный двигатель — Любое устройство, обеспечивающее создание механической энергии, необходимой для выполнения управляющим устройством функции передачи; таким устройством может быть электрическое управляющее устройство, электрический клапан, механизм с электрическим … Справочник технического переводчика

ШД — шаговый двигатель шина данных … Словарь сокращений русского языка

Накопитель на гибких дисках — Не следует путать с НДМГ компонентом ракетного топлива. Накопитель на гибких дисках (англ. … Википедия

Форматирование диска — В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете … Википедия

Сервопривод — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей … Википедия

Schrittmotor — žingsninis variklis statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. step by step motor; stepper; stepping motor vok. Schrittmotor, m rus. шаговый двигатель, m pranc. moteur pas à pas, m … Automatikos terminų žodynas

Шаговый двигатель что это такое где при

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.

Читать еще:  Что такое отсечка двигателя на ваз 2115

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.

Шаговый электродвигатель

Ша́говый электродви́гатель — это синхронный бесщёточный электродвигатель с несколькими обмотками, в котором ток, подаваемый в одну из обмоток статора, вызывает фиксацию ротора. Последовательная активация обмоток двигателя вызывает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора.

Содержание

  • 1 Описание
  • 2 Использование
    • 2.1 Датчик поворота
  • 3 Преимущества и недостатки
  • 4 См. также
  • 5 Ссылки

Описание [ править ]

Конструктивно шаговые электродвигатели состоят из статора, на котором расположены обмотки возбуждения, и ротора, выполненного из магнито-мягкого или из магнито-твёрдого материала. Шаговые двигатели с магнитным ротором позволяют получать больший крутящий момент и обеспечивают фиксацию ротора при обесточенных обмотках.

Читать еще:  Двигатель 6а12 mivec характеристики

Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным магнитным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами.

Статор гибридного двигателя также имеет зубцы, обеспечивая большое количество эквивалентных полюсов, в отличие от основных полюсов, на которых расположены обмотки. Обычно используются 4 основных полюса для 3.6 град. двигателей и 8 основных полюсов для 1.8 — 0.9 град. двигателей. Зубцы ротора обеспечивают меньшее сопротивление магнитной цепи в определенных положениях ротора, что улучшает статический и динамический момент. Это обеспечивается соответствующим расположением зубцов, когда часть зубцов ротора находится строго напротив зубцов статора, а часть между ними.

Ротор гибридного двигателя имеет зубцы, расположенные в осевом направлении. Ротор разделен на две части, между которыми расположен цилиндрический постоянный магнит. Таким образом, зубцы верхней половинки ротора являются северными полюсами, а зубцы нижней половинки — южными. Кроме того, верхняя и нижняя половинки ротора повернуты друг относительно друга на половину угла шага зубцов. Число пар полюсов ротора равно количеству зубцов на одной из его половинок. Зубчатые полюсные наконечники ротора, как и статор, набраны из отдельных пластин для уменьшения потерь на вихревые токи.

Использование [ править ]

В машиностроении наибольшее распространение получили высокомоментные двухфазные гибридные шаговые электродвигатели с угловым перемещением 1,8°/шаг (200 шагов/оборот) или 0,9°/шаг (400 шаг/об). Точность выставления шага определяется качеством механической обработки ротора и статора электродвигателя. Производители современных шаговых электродвигателей гарантируют точность выставления шага без нагрузки до 5 % от величины шага.

Дискретность шага создаёт существенные вибрации, которые в ряде случаев могут приводить к снижению крутящего момента и возбуждению механических резонансов в системе. Уровень вибраций удаётся снижать при использовании режима дробления шага или при увеличении количества фаз.

Режим дробления шага (микрошаг) реализуется при независимом управлении током обмоток шагового электродвигателя. Управляя соотношением токов в обмотках можно зафиксировать ротор в промежуточном положении между шагами. Таким образом можно повысить плавность вращения ротора и добиться высокой точности позиционирования. Качество изготовления современных шаговых двигателей позволяет повысить точность позиционирования в 10-20 раз.

Шаговые двигатели стандартизованы национальной ассоциацией производителей электрооборудования (NEMA (англ.) ) по посадочным размерам и размеру фланца: NEMA 17, NEMA 23, NEMA 34, … — размер фланца 42 мм, 57 мм, 86 мм, 110 мм соответственно. Шаговые электродвигатели NEMA 23 могут создавать крутящий момент до 30 кгс*см, NEMA 34 до 120 кгс*см и до 210кгс*см для двигателей с фланцем 110 мм.

Шаговые двигатели создают сравнительно высокий момент при низких скоростях вращения. Момент существенно падает при увеличении скорости вращения. Однако, динамические характеристики двигателя могут быть существенно улучшены при использовании драйверов со стабилизацией тока на основе ШИМ.

Шаговые электродвигатели применяются в приводах машин и механизмов, работающих в старт-стопном режиме, или в приводах непрерывного движения, где управляющее воздействие задаётся последовательностью электрических импульсов, например, в станках с ЧПУ. В отличие от сервоприводов, шаговые приводы позволяют получать точное позиционирование без использования обратной связи от датчиков углового положения.

Шаговые двигатели применяются в устройствах компьютерной памяти — НГМД, НЖМД, устройствах чтения оптических дисков.

Датчик поворота [ править ]

Шаговые двигатели с постоянными магнитами могут использоваться в качестве датчиков угла поворота благодаря возникновению ЭДС на обмотках при вращении ротора. При этом, несмотря на удобство пользования и хорошую точность и повторяемость, необходимо учитывать, что:

  • Без вращения вала нет ЭДС; определить положение стоящего вала нельзя.
  • Возможна остановка вала в зоне неустойчивого равновесия (промежуточно между полюсами) ШД. Последующий пуск вала приведёт к тому, что, в зависимости от чувствительности компаратора, будет пропуск этого полюса, или два импульса вместо одного. В обоих случаях все дальнейшие отсчёты будут с ошибкой на один шаг. Для практически полного, но не 100%, устранения такого поведения необходимо применить муфту с соответствующим гистерезисом (угловым люфтом).

Преимущества и недостатки [ править ]

Главное преимущество шаговых приводов — точность. При подаче потенциалов на обмотки шаговый двигатель повернется строго на определенный угол.
К приятным моментам можно отнести стоимость шаговых приводов, в среднем в 1,5-2 раза дешевле сервоприводов. Шаговый привод, как недорогая альтернатива сервоприводу, наилучшим образом подходит для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика.

Возможность «проскальзывания» ротора — наиболее известная проблема этих двигателей. Это может произойти при превышении нагрузки на валу, при неверной настройке управляющей программы (например, ускорение старта или торможения не адекватно перемещаемой массе), при приближении скорости вращения к резонансной. Для ответственных применений устанавливают датчики обратной связи (контроль вращения или перемещения), но такие датчики достаточно дороги [источник не указан 2247 дней] . Наличие датчика позволяет обнаружить проблему, но автоматически скомпенсировать её без остановки производственной программы возможно только в очень редких случаях [источник не указан 2247 дней] . Чтобы избежать проскальзывания ротора, как один из способов, можно увеличить мощность двигателя.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector