1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Шаговые двигатели что можно с них сделать

Шаговый двигатель для «чайников»

Как и все двигатели, шаговые двигатели состоит из статора, ротора. Ротор представляет собой набор постоянных магнитов, а статор имеет катушки. схематично шаговый двигатель будет выглядеть следующим образом:

Это 4 катушки расположенные под углом 90 ° между собой. В приведенном выше рисунке, катушки не связаны друг с другом. 1 шаг такого двигателя будет равен 90 градусов. ток на катушки подается в циклическом порядке, один за другим. Направление вращения вала определяется в какой последовательности запитываются катушки. Следующая анимация показывает шаговый двигатель в работе. на катушки подается напряжением с интервалом 1 с. Вал вращается 90 градусов каждый раз, когда очередной виток включается:

Режимы работы
В этом разделе я объясню более подробно.
Волновой Привод или Single-Coil (подключение одной обмотки)
Single-Coil означает, что только одна катушка находится под напряжением. Этот метод используется редко, как правило, когда не требуется экономия энергии. данный режим включения обеспечивает менее половины номинального крутящего момента двигателя.

Этот мотор будет иметь 4 шага на полный оборот, то есть номинальное количество шагов в цикле.

Полный шаг
Второй и наиболее часто используемый метод, Полный шаг. Согласно этому методу, катушки запитываются попарно. т.к. соединение обмоток (последовательно или параллельно) двигателя потребуется удвоить напряжение или ток в два раза для работы, которую необходимо при движении с Single-Coil возбуждения. Данный метод дает 100% номинального момента двигателя.
Этот мотор будет иметь 4 шага на полный цикл, то есть номинальный ряд шагов в цикле.

Полушаг
Это очень интересный способ для достижения двойной точности системы позиционирования, не меняя ничего из оборудования! Согласно этому методу, все катушки могут находиться под напряжением, одновременно, заставляет ротор занимать промежуточное положение. Следующие картинка пояснит:
вращение шагового двигателя

полушаг две катушки запитываются

С помощью этого метода, так же двигатель будет иметь в два раза больше шагов, таким образом удвоить точность позиционирования. Например, этот мотор будет иметь 8 шагов в цикле!

Микрошаговый
Microstepping является наиболее распространенным методом управления шаговыми двигателями в настоящее время. Идея микрошагового режима, заключается в том что напряжение подается не импульсами, но сигналом похожим на ступенчатую синусоиду. Таким образом, позиционирование от одного шага к другому более плавным, что делает двигатель шаговый подходит для использования для приложений с высокой точностью, таких как системы с ЧПУ позиционирования. Кроме того, шаговый двигатель работает более плавно. С микрошагом, шаговый двигатель может вращаться почти непрерывно, как и простые двигатели постоянного тока.
Вот несколько примеров:

VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум — 2014

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ШАГОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

  • Авторы
  • Файлы работы
  • Сертификаты

Шаговые двигатели имеют давнее и широкое применение в самых различных устройствах, особенно нас интересует область применения в специальном и промышленном оборудовании.

Для начала разберёмся, что собой представляет шаговый двигатель, его строгое определение такого: шаговый двигатель – это электромеханическое устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические перемещения.

По сути же, шаговый двигатель является точечным механизмом: он совершает именно такие действия, и их количество, какие нужно в соответствии со строгим регламентом. Отличительная особенность этих двигателей – это возможность без датчика обратной связи осуществлять позиционирование по положению. Он относится к классу так называемых «бесколлекторных» двигателей постоянного тока. Такие двигатели как непосредственно и любые другие бесколлекторные электрические машины, имеют достаточно высокую надёжность и высокий срок службы, что в свою очередь позволяет применять их в самых разных индустриальных сферах. Если сравнивать обычные электродвигатели постоянного тока с шаговыми двигателями, то последние требуют более сложных схем управления, выполняющие абсолютно все коммутации обмоток.

Достоинство шагового двигателя заключается в том, что последовательная активация обмоток двигателя порождает дискретные угловые перемещения (шаги) ротора, а угол поворота ротора определяется числом импульсов, которые поданы на двигатель, что и обеспечивает ему полное выполнение действий и повторяемость их совершения. Хорошие шаговые двигатели имеют точность 3-5 % от величины шага. К счастью, эта ошибка не накапливается от шага к шагу в процессе работы. Ещё к достоинствам шагового двигателя относятся: возможность быстрого старта, остановки, реверсирования (возвратного действия), высокая надёжность, точность; также зависимость положения от входных импульсов обеспечивает позиционирование без возвратного действия. Имеется возможность получения очень низких скоростей вращения для нагрузки, присоединённой непосредственно к валу двигателя без промежуточного редуктора. Так как скорость пропорциональна частоте входных импульсов, можно перекрыть довольно большой диапазон скоростей. Срок службы шагового двигателя фактически определяется сроком службы подшипников.

Когда требуется 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.

Читать еще:  Двигатель g1s4ff что это

К сожалению, шаговым двигателям присуще явление резонанса, возможна потеря контроля положения ввиду работы без обратной связи, а потребление энергии не уменьшается даже без нагрузки. Затруднена работа на высоких скоростях, невысокая удельная мощность, относительно сложная схема управления. 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.

По большей части описанная характеристика касается, пожалуй, тех шаговых двигателей, что имеются в принтерах и сканерах, но имеет влияние и в конвейерном производстве.

Сегодня существует три основных вида шаговых двигателей:

Гибридные – наиболее часто используемые во фрезерных станках с числовым программным управлением;

С постоянными магнитами;

Двигатели, имеющие переменное магнитное сопротивление.

Гибридные двигатели являются более дорогими, чем двигатели с постоянными магнитами, зато они обеспечивают меньшую величину шага, больший момент и большую скорость. Типичное число шагов на оборот для гибридных двигателей составляет от 100 до 400 (угол шага 3.6 – 0.9 град.). Гибридные двигатели сочетают в себе лучшие черты двигателей с переменным сопротивлением и двигателей с постоянными магнитами.

Его применение особенно широко в станках с ЧПУ (числовое программное управление) по дереву, для воздушно-плазменной резки, фрезеровочные станки и другие.

Также шаговые двигатели используют для управления чертёжной головкой чертёжных автоматов, в устройствах контроля профилей кошмовальных станков, которые используют для контроля данных на перфоленте копировальных станков с цифровым программным управлением – шаговый двигатель служит для управления звёздочкой, передвигающей ленту.

К другим областям применения относятся факсимиле, устройство, предназначенное для передачи документов и чертежей на расстояние с помощью телефонных линий, называются факсимиле-машинами.

Документ, навернутый на барабан, сканируется и поворачивается (субсканирование), затем делится на графические элементы, которые переводятся в электрические сигналы фотоэлектрической считывающей головкой. Сигналы затем посылаются по линиям передач к принимающему устройству. Принимаемые сигналы демодулируют и воспроизводят записывающим пером. Горизонтальное сканирование и повороты барабана повторяются воспринимающим устройством. Шаговые двигатели используют при управлении барабаном для субсканирования как в передающем, так и в принимающем устройстве.

Полуавтоматическое устройство для монтажа плат – весь монтаж программируется и запоминается на перфоленте. Как только нажатием кнопки запускается программа монтажа, лампочка индикатора указывает первый из требуемых проводников. Одновременно с этим запускаются два шаговых двигателя, обеспечивающие перемещение по горизонтальной и вертикальной осям и определяется отверстие, в которое вставляется монтируемый проводник. Оба двигателя задействуются сразу, как только очередной монтаж выполнен.

Шаговые двигатели используют в космических летательных аппаратах, запускаемых для научного исследования планет. На сканирующей платформе располагают различные приборы, например, телевизионные камеры и ультрафиолетовые спектрометры. Шаговые двигатели применяют для их наведения на нужную цель. На аппарате Mariner использовали четырехфазные двигатели с постоянными магнитами 11-го калибра (27 мм в диаметре) с углом шага 90град. Зубчатая передача электропривода с передаточным отношением 9081:1, заключенная в металли­ческий контейнер, обеспечивает на каждом шаге двигателя поворот вала на 0,1792 м-рад (около 0.1 град.).

Запуск шагового двигателя без электроники

У любого радиолюбителя часто скапливается не мало различной оргтехники, которая вышла из строя. Выбрасывать я её ни кто не решается, так как из ее внутренностей можно сделать что ни будь полезное или выпаять некоторые детали. К примеру: шаговый двигатель, который так распространен, обычно используется любителями самоделок как мини генератор для фонарика или для чего то ещё. Но я практически никогда не видел, чтобы его использовали именно как двигатель для преобразования электрической энергии в механическую. Это и понятно: для управления шаговым двигателем нужна электроника и его просто так к напряжению не подключишь.

Но оказывается что данное мнение является ошибочным. Шаговый двигатель от принтера или от другого устрой устройства, можно легко запустить от переменного тока.

Для эксперимента использовался вот такой шаговый двигатель:

Обычно у них четыре вывода и две обмотки, в большинстве случаев, но есть и другие конечно. В данном случае будет рассмотрен самый ходовой двигатель.

Схема шагового двигателя

Схема обмоток данного двигателя выглядит вот так:

Она очень похожа на схему обычного асинхронного двигателя.

Для запуска двигателя понадобится:

  • Электролитический конденсатор 470-3300 мкФ.
  • Источник переменного тока 12 Вольт.

Замыкаем обмотки последовательно, как на схеме ниже.

Середину проводов нужно скрутить и спаять.

Подключаем конденсатор одним выводом к середине обмоток, а вторым выводом к источнику питания на любой контакт. Фактически электролитический конденсатор будет параллелен одной из обмоток.

Подаем питание и двигатель начинает крутиться.

Если перекинуть вывод конденсатора с одного выхода питания на другой, то вал двигателя начнет вращаться в другую сторону.

Читать еще:  Что такое шпг для двигателя

Все достаточно просто. Принцип работы этой схемы очень прост: конденсатор формирует сдвиг фаз на одной из обмоток, в результате обмотки работают почти попеременно и шаговый двигатель крутится.

Единственные минус заключается в том, что обороты двигателя невозможно регулировать. Увеличение или уменьшение питающего напряжения ни к чему не приведет, так как обороты задаются частотой сети.

Хотелось бы добавить, что в данном примере используется конденсатор постоянного тока, что является не совсем правильным вариантом. И если вы решитесь использовать такую схему включения, берите конденсатор переменного тока. Его так же можно сделать самому, включив два конденсатора постоянного тока встречно-последовательно.

Сморите видео

Шаговые электродвигатели. Виды и работа. Особенности

Шаговые электродвигатели легко решают проблему точного позиционирования, не затратив больших средств. Моторы чаще применяются в роботах, станках с программным управлением. Рассмотрим устройство и действие двигателей.

Устройство

Шаговые электродвигатели являются двигателями переводящими электричество в механическое движение. Главным отличием его от других электромоторов в методе действия. Благодаря этому методу вал вращается. Моторы с шагом созданы для прерывистого вращения, этим они отличаются от других. Их вращение состоит из шагов, от этого получилось название.

Шаг является частью оборота вала мотора . Размер шага зависит от механической части двигателя и от метода управления. Шаговые двигатели подключаются к различным типам питания. В отличие от своих собратьев, шаговый мотор имеет управление импульсами, преобразующимися в градусы, а затем во вращение. Например, 2,2 0 шаговый мотор вращает вал на 2,2 0 при каждом поданном импульсе. Эта характеристика дает повод называть их цифровыми.

Метод действия

Обмотки в количестве 4-х штук стоят по кругу равномерно между собой на статоре. В зависимости от того, как подключены эти обмотки будет определяться тип шагового двигателя. В нашем случае обмотки разделены, мотор с шагом, углом поворота в 90 градусов. Обмотки подключены по кругу. Порядок подключения направление вращения двигателя с шагом. На рисунке видно, что вал вращается на 90 градусов в то время, как ток поступит в катушку, через 1 секунду.Стандартными составляющими шаговых двигателей являются ротор и статор. Ротор включает в себя сердечники, изготовленные из магнитов. Схематически дано изображение.

Режимы управления

При разной подаче тока на катушки вал двигателя вращается по-разному.

Волновое управление

Метод практически нами рассмотрен, волновое действие на катушку. Ток идет через одну катушку. Такой метод редко применяется, характерен пониженным потреблением энергии, дает возможность получения меньше 50% момента вращения двигателя. Большую нагрузку при таком управлении шаговые электродвигатели не выдержат. На один оборот вала приходится четыре шага.

Управление полным шагом

Широко применяемый метод — полношаговый. По этому способу напряжение питания на катушки подается попарно. От того, как подключены обмотки, двигателю необходим двойной ток. Электродвигатель при такой схеме выдаст 100% момента вращения по номиналу.

Полный оборот двигателя соответствует четырем шагам, число шагов по номинальному значению.

Режим полушага

Это оригинальный метод получения двойной точности позиционирования, не изменяя конструкцию двигателя. Чтобы работать по этому способу, подключают одновременно все имеющиеся пары. Ротор поворачивается на 0,5 шага. Такой способ имеет место при применении двух или одной катушки.

Режим с 1 обмоткой Режим с 2 обмотками

По этому способу один и тот же мотор может выдать шагов в 2 раза больше на один оборот. Это значит, что система позиционирования работает с двойной точностью. Наш мотор выдает восемь шагов на один оборот.

Микрошаговый режим

Смысл микрошага заключается в подаче на катушки двигателя напряжения питания сигнала определенной формы, похожей на синус, а не импульсов. При таком методе изменения положения дает возможность получения плавного перемещения.

Благодаря микрошаговому режиму шаговые электродвигатели широко применяются в позиционировании, в программно управляемых станках. Рывки деталей, работающих с двигателем, толчки самого механизма понижаются. В микрошаговом режиме двигатель вращается плавно, как моторы постоянного тока.

Конфигурация графика тока, проходящего по обмотке, сходна с синусоидой. В эксплуатации применяются цифровые сигналы. Их примеры показаны на рисунках.

Способ микрошага — подключение питания двигателя, не управления катушками.

Отсюда следует, что микрошаг применяется при волновом типе.

В микрошаговом типе шаги не увеличиваются, хотя визуально это представляется. Для увеличения точности механизма применяют шестерни с трапецеидальными зубьями, чтобы обеспечить плавный ход.

Типы моторов
Шаговые электродвигатели с постоянным магнитом

Ротор оборудован постоянным дисковым магнитом с несколькими полюсами. Действует по такому же принципу, как микрошаговый мотор. Катушки статора отталкивают и притягивают магнит, расположенный на роторе, образуя момент вращения.

Размер шага с постоянным магнитом находится в интервале от 45 до 90 градусов.

Шаговые электродвигатели с сопротивлением переменной величины

Ротор не имеет постоянных магнитов. Вместо них сердечник ротора производится из металла, похожего на диск с зубьями, или на шестерню. На статоре расположены обмотки в количестве более 4-х штук. Катушки подключаются в парах друг к другу.

Читать еще:  Двигатель 406 стук нижней цепи

Крутящий момент уменьшается, так как постоянные магниты отсутствуют. Однако, имеется положительная сторона — у шаговых моторов отсутствует момент стопорения. Стопорящий момент вращения создан постоянными магнитами, притягивающимися к корпусу статора при отключенном питании в катушках.

Можно просто определить, какой момент, если попробовать повернуть отсоединенный мотор. Сразу будут понятны ощутимые щелчки в двигателе при каждом шаге. Эти ощущения и будут являться моментом фиксации. Момент притягивает к себе магниты корпуса. На рисунке изображено действие мотора.

Шаг равен интервалу от 5 до 15 градусов.
Шаговый мотор гибридного типа

Шаговые электродвигатели называются «гибридными», потому что включают в себя разные типы характеристик. Они имеют хорошие моменты, малый размер шага, находящийся в интервале от 0,9 до 5 градусов. При этом он обеспечивает высокую точность.

Механическая конструкция вращается со значительными скоростями. Такие виды моторов применяются в станках с программным управлением, в роботах. Недостатком является высокая цена. Обыкновенный двигатель вместе с восьмью катушками.

Из-за невозможности изготовления магнита, нашли оригинальное решение. Взяли два диска с зубьями 50 штук, постоянный магнит. Приварили диски к полюсам. Получилось, что два диска имеют соответственно каждый полюс.

Оригинальность конструкции в том, что диски размещены так, что, смотря на них сверху, они похожи на один диск со 100 зубьями. Вершина зуба на одном диске совпадает со впадиной. На рисунке изображено действие гибридного мотора 75 шагов на один оборот. Шесть обмоток сделаны парами, которые имеют катушку на противоположных краях. Первая пара – это пара вверху и внизу обмотки, тогда 2-я пара смещена на угол 60+5 градусов от первой, а 3-я смещена на 65 градусов от второй.

Разница углов позволяет вращаться валу двигателя. Управляющие режимы применяются, как волновые для экономии электроэнергии.

Когда катушка задействована, имеется три положительных полюса в 5 градусов сзади, они притягиваются в сторону вращения, и три отрицательных полюса в 5 градусов впереди, толкают ротор в сторону вращения вала. Рабочая обмотка всегда расположена между отрицательным и положительным полюсами.

Схема подключения обмоток

Шаговые моторы принадлежат к моторам с несколькими фазами. Чем больше фаз, тем работа двигателя мягче, но и выше стоимость. Момент вращения не зависит от числа фаз. Большое применение получили двигатели с 2-мя фазами. Двигатели подключают тремя типами схем для 2-фазных шаговых моторов. Катушки соединены друг с другом, применено разное количество проводов для соединения двигателя с контроллером.

Биполярный двигатель

Это самая простая конструкция, применяется четыре провода для соединения мотора с контроллером. Катушки подключены параллельно или последовательно.

Параллельное или последовательное подключение

Двигатель имеет 4 контакта. Два желтых экрана подключают вертикальную катушку, два розовых – горизонтальную. Проблема в изменении полярности, можно изменить направление тока, драйвер станет сложнее.

Униполярный двигатель

Применяя общий провод, изменяют полюса магнитов. Если соединить общий провод с землей, один и другой вывод катушки к питанию, то полюса изменятся. Схема соединения двигателя биполярного типа простая для понимания, она обычно состоит из 2-х транзисторов на одну фазу.

Подключение с общим проводом

Недостаток – применение половины катушек, как при волновой управляемости электромотором. Момент вращения получается равным половине возможного значения. Униполярные электромоторы необходимо изготавливать по двойным размерам, для обеспечения сопоставимого момента. 1-полярный электромотор имеет возможность применяться в качестве биполярного мотора. Для этой цели необходимо провод отключить.

Униполярные шаговые электродвигатели имеют несколько вариантов подключения.

Общий провод соединен внутри

Шаговый мотор с 8-ю выводами
Это мотор с гибким подключением, обмотки оснащены выводами с обеих сторон. Можно подключать двигатель по любому методу:
  • Униполярный с 5 или 6 выводами.
  • Биполярный с последовательной схемой.
  • С параллельной схемой.
  • С малым током.

Подключение 4 обмоток

Шаговые электродвигатели Лавета

Моторы Лавета используются в электрических часах. Их конструкция сделана для эксплуатации с одним фазовым сигналом. Моторы Лавета обладают возможностью делать их конструкцию миниатюрной, применяются для исполнительной части часов ручного ношения. Этот тип моторов изобрел инженер Мариус Лавет . По его имени назвали тип шаговых двигателей.

Лавет – выпускник школы электрики изобрел двигатель, который дал ему известность во всем мире. Вид статора похож на статор электромотора с расщепленными полюсами. Имеется одна обмотка, полюса созданы витками с одним проводом из медной жилы толстого сечения, расположены на магнитном проводе, образуют необходимую фазу. Токи индукции образуют необходимый момент вращения.

Магнитное поле распространяется с задержкой, применяется для сдвига фаз, на прямой угол 90 градусов, чтобы имитировать напряжение из двух фаз. Конструкция ротора создана в виде постоянного магнита. Конструкции такого типа имеют широкую сферу применения в технике для быта (миксерах, блендерах). Моторы Лавета отличаются тем, что из-за зубцов вал стопорится с определенным шагом. Результатом этого возможно движение стрелки секунд. Разновидность двигателя Лавета не предназначена для реверсивной работы, как и большинство шаговых моторов.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector