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

Шаговый двигатель сканера схема

Шаговый электродвигатель

Ша́говый электродви́гатель — 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 Примечания
  • 6 Литература
  • 7 Ссылки

Описание [ править | править код ]

Первые шаговые двигатели появились в 1830-х годах и представляли собой электромагнит, приводящий в движение храповое колесо. За одно включение электромагнита храповое колесо перемещается на величину зубцового шага храпового колеса. Храповые шаговые двигатели и в настоящее время находят довольно широкое применение [1] .

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.

Таким образом по конструкции ротора выделяют следующие разновидности шагового двигателя [2] :

  • с постоянными магнитами (ротор из магнитотвёрдого материала);
  • реактивный (ротор из магнитомягкого материала);
  • гибридный.

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-градусных двигателей и 8 основных полюсов для 1,8—0,9-градусных двигателей. Зубцы ротора обеспечивают меньшее сопротивление магнитной цепи в определённых 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 разделён 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 повёрнуты 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 | править код ]

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 [en] (NEMA) по посадочным размерам и размеру фланца: NEMA 17, NEMA 23, NEMA 34 и др. — размер фланца 42, 57, 86 и 110 мм соответственно. Шаговые электродвигатели NEMA 23 могут создавать крутящий момент до 30 кгс⋅см, NEMA 34 — до 120 кгс⋅см и до 210 кгс⋅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 | править код ]

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%-го, устранения такого поведения необходимо применить муфту с соответствующим гистерезисом (угловым люфтом).

Преимущества и недостатки [ править | править код ]

Главное преимущество шаговых приводов — точность. При подаче потенциалов на обмотки шаговый двигатель повернётся строго на определённый угол. Стоимость шаговых приводов в среднем в 1,5—2 раза ниже сервоприводов. Шаговый привод, как недорогая альтернатива сервоприводу, наилучшим образом подходит для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика. Можно отметить также длительный срок службы, порой сравнимый со временем морального устаревания или выработки ресурса всего станка; точность работы ШД за это время падает незначительно. Нетребовательны к техобслуживанию.

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. Наличие датчика позволяет обнаружить проблему, но автоматически скомпенсировать её без остановки производственной программы возможно только в очень редких случаях [ источник не указан 2982 дня ] . Чтобы избежать проскальзывания ротора, как один из способов, можно увеличить мощность двигателя.

Драйвер шагового двигателя с микрошаговым режимом

В статье представлены схема и конструкция, описан принцип действия драйвера биполярного шагового двигателя на базе микроконтроллера ATmega48. Он способен работать со многими двигателями, не содержит специализированных микросхем для управления шаговыми двигателями. Универсальность обеспечена оригинальным методом поддержания заданного тока в обмотках двигателя. Эта конструкция может послужить основой для создания аналогичных устройств, содержащих дополнительные элементы безопасности — опторазвязку входных цепей, защиту от замыкания нагрузки и пр. В описываемом устройстве в связи с предполагаемыми «умеренными»условиями его эксплуатации и для ограничения стоимости такие узлы не предусмотрены.

Читать еще:  Bmw двигатель n46 тюнинг

Целью разработки было создание простого и недорогого драйвера биполярного шагового двигателя универсального применения. Всё программное обеспечение написано на языке ассемблера AVRASM и оптимизировано по времени выполнения, что позволило решить задачу на имеющейся на момент разработки элементной базе.

Основные технические характеристики

  • Напряжение питания силовой части, В ……………….27
  • Напряжение питания логической части, В …………….12
  • Максимальная амплитуда тока фазы двигателя, А, не менее ………………….. 5
  • Минимальная амплитуда тока фазы двигателя, А, не более …………………..0,25
  • Предустанавливаемый коэффициент деления шага … .1/8, 1/4, 1/2, 1/1
  • Автопонижение тока в режиме удержания, %……………65
  • Задержка автопонижения тока относительно последнего шага, с …………..3,4
  • Уровни управляющих сигналов ………………….ТТЛ,5 В
  • Максимальная частота шагов, кГц…………………..12
  • Габариты, мм ………….102x68x40

Принципиальная схема драйвера приведена на рис. 1 . В его основу положены мостовые формирователи тока фаз А и В на полевых транзисторах VT1-VT4, VT5-VT8 соответственно, управляемые специализированными микросхемами-драйверами верхних и нижних ключей полумоста DA5-DA8 IR2104S. Для повышения помехоустойчивости применено раздельное питание силовой части (27 В) и логической части с драйверами силовых ключей (12 В).

Далее рассмотрим часть схемы, относящуюся к одной из фаз (фазе А), поскольку часть, относящаяся к фазе В, действует аналогично.

Мгновенное значение тока фазы устройство определяет по падению напряжения на резисторе R45, которое через интегрирующую цепь R5C6 поступает на неинвертирующий вход усилителя DA1.1 с регулируемым коэффициентом усиления, выполняющего также функцию ФНЧ первого порядка. С выхода усилителя сигнал приходит на инвертирующий вход компаратора DA3.1. Компаратор сравнивает сигнал, пропорциональный текущему через фазу двигателя току, с образцовым напряжением. Его формирует в виде ступенчатой синусоиды (для микрошагового режима работы) Таймер 1 микроконтроллера, работающий в режиме «Быстрая ШИМ» без предварительного деления. Сигнал с выхода таймера пропущен через многозвенный фильтр R1C1R3C4R7C8. Период следования широтно-модулированных импульсов — 12,7 мкс, что соответствует частоте 78,4 кГц. Резистор R23 в рабочем режиме в формировании образцового напряжения не участвует, так как выход PB3 микроконтроллера, к которому он подключён, находится в высокоимпедансном состоянии.

В режиме удержания (после отсутствия импульсов на входе «Шаг» в течение последних 3,4 с) программа устанавливает на выходе PB3 микроконтроллера низкий логический уровень, и амплитуда образцового сигнала понижается. С выхода компаратора DA3.1 с открытым коллектором, нагруженного резистором R25, результат сравнения поступает на вход компаратора DA3.2. Выход компаратора DA3.1 связан также с общим проводом через конденсатор C22. Совместно R25 и C22 — времязадающая цепь узла стабилизации тока. При его падении ниже некоторого образцового уровня происходит зарядка конденсатора C22 через резистор R25. В интервале времени от начала зарядки до достижения напряжением на конденсаторе значения, заданного делителем напряжения R27R28, питание обмотки двигателя отключено, что препятствует быстрым флюктуациям тока около образцового значения.

Этот алгоритм в классическом смысле не относится к алгоритмам стабилизации тока “Fixed-Frequency PWM” или “Fixed-Off-Time PWM”, однако на практике он показал хорошую работоспособность. При превышении током образцового значения на выходе компаратора DA3.2 установлен низкий логический уровень. Микроконтроллер реагирует на это отключением обмотки одновременным закрыванием транзисторов VT1-VT4 с помощью сигнала SD, подаваемого на драйверы DA5 и DA6. Этим достигается быстрый спад тока в обмотках двигателя. В случае спада тока ниже образцового происходит обратное, на драйверы DA5 и DA6 поступает сигнал SD высокого уровня, открывающий упомянутые транзисторы, что не препятствует нарастанию тока в обмотке.

Смена ступеней образцового напряжения, а также смена комбинаций открытых и закрытых транзисторов моста происходит с приходом очередного импульса на вход «Шаг» по алгоритмам, зависящим от предустановленного коэффициента деления шага (наличия перемычек между контактами 1-2 и 3-4 разъёма XP1) и текущего направления вращения (логического уровня сигнала на входе «Напр.»). Вход «Разр.» был задуман для разрешения и запрета работы двигателя, но в прилагаемой к статье версии программы он не действует.

Драйвер выполнен на двухсторонней печатной плате, чертёж печатных проводников которой изображён на рис. 2, а расположение элементов — на рис. 3. Транзисторы VT1-VT8 расположены с одной стороны платы теплоотводящими поверхностями от неё. К этим поверхностям прижат через изоляционные прокладки теплоотвод — в простейшем случае алюминиевая пластина размерами 60х60 мм. Следует заметить, что при токе фаз более 4…5 А и длительном режиме работы теплоотвода в виде пластины может оказаться недостаточно и его поверхность следует увеличить, сделав теплоотвод ребристым или игольчатым.

Материал платы следует выбрать толщиной не менее 1 …1,5 мм, толщина фольги — не менее 35 мкм. Печатные проводники, по которым течёт большой ток, следует обильно залудить или бандажировать медной проволокой, припаяв её по всей длине проводника.

Большая часть компонентов конструкции применена в оформлении для поверхностного монтажа. Резисторы и конденсаторы — типоразмера 1206. Резисторы R45, R50 имеют проволочные выводы и мощность — не менее 2 Вт. оксидные конденсаторы в цепях питания — с малым ESR. Подстроечные резисторы R18 и R19 — многооборотные 3296W.

Амплитудные значения тока фаз двигателя регулируют подстроечными резисторами R18, R19. Проще всего это делать, переведя драйвер в режим микрошага 1/8 и контролируя цифровым вольтметром падение напряжения на резисторах-датчикахтока R45 и R50. Подавая на вход «Шаг» одиночные импульсы, добиваются максимальных значений тока поочерёдно в фазах А и В. Подстроечными резисторами устанавливают эти значения одинаковыми и соответствующими требуемой амплитуде тока. Уменьшение сопротивления под-строечных резисторов приводит к снижению тока, и наоборот. Для ориентировки можно воспользоваться табл. 1, в которой приведена зависимость амплитуды тока фазы Imф от введённого сопротивления подстроечного резистора.

I, A0,250,51,02,03,04,05,06,06.5
R18, R19, кОм0,310,621,272,624,075,627,299,0910,04

Перед включением драйвера следует установить перемычки между контактами 1-2 и контактами 3-4 разъёма XP1, обеспечивающие нужный коэффициент деления шага двигателя в соответствии с табл. 2. Программа анализирует состояние перемычек однократно в начале своей работы, дальнейшее изменение их состояния никакого влияния на работу драйвера не оказывает. Переключение коэффициента деления «на ходу» в предлагаемой версии программы не предусмотрено.

Перемычки на ХР1Коэффициент деления шага
1-23-4
ЕстьЕсть1/1
НетЕсть1/2
ЕстьНет1/4
НетНет1/8

Скачать программу микроконтроллера Atmega48 и файл печатной платы в формате Sprint Layout 6.0.

Автор: М. Резников, г. Волчанск, Украина
Источник: Радио №9, 2016

Шаговый мотор

можно использовать шаговый двигатель от матричного принтера, они достаточно мощные и стабильные SilverShadow, 30 Дек. 10, 14:58

Шаговый движек со всех сторон хорош, но требует достаточно сложной схемы управления.
Это был бы идеальный вариан, если бы не сложность схемы управления.
Kotische, 30 Дек. 10, 17:13

Отличная идея .
Просто гениальная .
Никакой сложной схемы управления там нет !
Если взять шаговый двигатель с подключением обмоток по схеме как на рисунке, то для управления достаточно 4
транзистора в нижнем ключе.
Большинство шаговых двигателей, работают по такой схеме (принтеры).
Сопротивление обмоток шагового двигателя в основном расчитано на 5 или 12 вольт.
Берем в нижнем ключе транзисторы серии IRL, они управляются 5-ю вольтами, прямо с микроконтроллера без драйверов.
http://www.electroprivod.ru/fl57st_h.htm
А вот наша схема
http://www.rlocman.ru/shem/schematics.html?di=33475
http://www.joyta.ru/551-upravlenie-shagovym-dvigatelem/
Надо только написать прогу в МК и оттарировать подачу, и вывести регулироваку на потенциометр !
Попробую за праздники соорудить опытный образец с шаговым двигателем.

Читать еще:  Cruze чем плох двигатель

Посл. ред. 31 Дек. 10, 12:21 от MMaster

НАсчет шаговиков я разговаривал с В_Б неделю назад.
Но он мне сказал, что транзисторов нужно восемь, и схема управления очень сложна. Поэтому я эту идею бросил, хотя движок приличный (шаговик, я имею ввиду) у нас стоит дешевле грязи — 400 рублей)))
Погоди радоваться. В_Б более внятно, чем я, распишет тебе подводные камни — тогда и оценишь задачу.
Если получится — будет просто здорово.

П.С. Вроде должны быть специализированные микросхемы, сразу с силовыми ключами, для управления шаговиками. Может, в этом направлении помыслить, граждане?

НАсчет шаговиков я разговаривал с В_Б неделю назад.
Но он мне сказал, что транзисторов нужно восемь, и схема управления очень сложна. Поэтому я эту идею бросил, хотя движок приличный (шаговик, я имею ввиду) у нас стоит дешевле грязи — 400 рублей)))
Погоди радоваться. В_Б более внятно, чем я, распишет тебе подводные камни — тогда и оценишь задачу.
Если получится — будет просто здорово.

П.С. Вроде должны быть специализированные микросхемы, сразу с силовыми ключами, для управления шаговиками. Может, в этом направлении помыслить, граждане?
игорь223, 31 Дек. 10, 12:42

8 транзисторов надо, если шаговый двигатель биполярный с двумя обмотками без средней точки.
Схему которую я нарисовал, реально рабочая, я уже по такой схеме запускал ШД.
Униполярные движки со средней точкой, поэтому и появились, чтоб упростить управление.
Специализированные микросхемы есть, но они рулят при промышленных маштабах выпуска.
В нашем случае на рассыпухе будет дешевле и проще, особенно на этапе отладки.
У меня даже печатные платы есть под похожую схему (управление бесколлекторником).

Посл. ред. 31 Дек. 10, 12:51 от MMaster

Специализированные микросхемы есть, но они рулят при промышленных маштабах выпуска. MMaster, 31 Дек. 10, 12:44

Масштабы выпуска тут не при чем!
Спец микросхемы делают следующие вещи:
1. Все ключи (транзисторы) находятся в одном корпусе.
2. Управление ключами — импульсное (ШИМ)
3. Обратная связь по датчику тока меняет парметры ШИМа.
4. Примитивная логика — не дает открыться двум ключам одновременно (защита от короткого замыкания через ключи)
5. Возможность деления шагов — работа с микрошагом

1. — это чисто удобство, уменьшение количества внешней обвязки.
2. — это потому что для нормальной работы движка, его обмотки требуют управления ТОКОМ, а не напряжением.
Это деалется, вопервых для повышения быстродействия, вовторых для уменьшения нагрева обмоток.
При управлении напряжением, движек будет сильно греться, но работать будет очень медленно и не будет развивать тягового усилия.
3. — это часть пункта 2.
4. — чисто «защита от дурака», и повышение удобства — у драйвера обычно 2 входа, направление вращения и тактовый.
5. — повышается угловое разрешение, это если нужны очень маленькие шаги или очень плавное вращение.

В наших целях это всё действительно не особо актуально.

В нашем случае на рассыпухе будет дешевле и проще, особенно на этапе отладки. MMaster, 31 Дек. 10, 12:44

Да ты шо. 😮
У спец микросхемы всей обвязки мотор да токозадаящий резистор, и управление — два провода, направление и тактовый.
А на рассыпухе делать — зубы вспотеют!
Управление 8 полевиками, каждым в своей фазе, согласитель, всё же несколько не совсем просто.

А вот наша схема. Надо только написать прогу в МК MMaster, 31 Дек. 10, 11:23

Посл. ред. 31 Дек. 10, 15:33 от Kotische

Kotische, обрати внимание на ссылочку, которую дал olegmak3. Ты, наверное, не углядел, что она управляется постоянным напряжением — т.е. положение (число шагов относительно нулевой позиции) шаговика задается уровнем управляющего напряжения. Отличная схема и самый правильный вариант для привода всяких кранов и т.п.

Для привода движка подачи браги прогу нужно немного поменять так, чтобы от уровня управляющего напряжения зависело не положение шаговика, а скорость его вращения. Но там вроде должны были быть исходники.

Правда нужен шаговик с редуктором. olegmak3у хорошо, у него-то есть готовые.

Посл. ред. 31 Дек. 10, 15:56 от Rudy

Правда нужен шаговик с редуктором. olegmak3у хорошо, у него-то есть готовые.
Rudy, 31 Дек. 10, 15:48

собирал на ULN2003 мощность хватает только головки таскать garry1964, 31 Дек. 10, 16:26

Масштабы выпуска тут не при чем!
Спец микросхемы делают следующие вещи:
1. Все ключи (транзисторы) находятся в одном корпусе.
2. Управление ключами — импульсное (ШИМ)
3. Обратная связь по датчику тока меняет парметры ШИМа.
4. Примитивная логика — не дает открыться двум ключам одновременно (защита от короткого замыкания через ключи)
5. Возможность деления шагов — работа с микрошагом

1. — это чисто удобство, уменьшение количества внешней обвязки.
2. — это потому что для нормальной работы движка, его обмотки требуют управления ТОКОМ, а не напряжением.
Это деалется, вопервых для повышения быстродействия, вовторых для уменьшения нагрева обмоток.
При управлении напряжением, движек будет сильно греться, но работать будет очень медленно и не будет развивать тягового усилия.
3. — это часть пункта 2.
4. — чисто «защита от дурака», и повышение удобства — у драйвера обычно 2 входа, направление вращения и тактовый.
5. — повышается угловое разрешение, это если нужны очень маленькие шаги или очень плавное вращение.

В наших целях это всё действительно не особо актуально.
Да ты шо.
У спец микросхемы всей обвязки мотор да токозадаящий резистор, и управление — два провода, направление и тактовый.
А на рассыпухе делать — зубы вспотеют!
Управление 8 полевиками, каждым в своей фазе, согласитель, всё же несколько не совсем просто.
Да так сделать можно, и ДЛЯ НАШИХ ЦЕЛЕЙ это довольно таки неплохой вариант.
Фишка только в том, что ключи будут создавать нехилые помехи,
процессора имеют обыкновение от помех «виснуть»,
а если схема «зависнет» с открытым ключём, то есть большие шансы что ключь и мотор просто сгорят!

Читать еще:  F3r двигатель сколько масла

Kotische, 31 Дек. 10, 15:22

Посл. ред. 09 Янв. 11, 10:58 от MMaster

Можно конечно и с контролёром а можно и без.
схема 1 и

схема 2
А ещё можно просто одну катушку включить напрямую к переменному току, а другую через конденсатор (как асинхронный движок)
Для общего развития, любой асинхронный движок может работать как шаговый, если на фазы подовать постоянное напряжение попеременно. (напругу только в 4 раза меньше)

Посл. ред. 27 Февр. 11, 18:02 от Селянин

любой 3х фазный асинхронный движок скороткозамкнутым ротором, соединённый на звезду, может работать как шаговый, если на фазы подовать постоянное напряжение попеременно. (напругу только в 4 раза меньше) Селянин, 27 Февр. 11, 18:00

только пока не знаю зачем KD, 27 Февр. 11, 18:58

Все размещаемые материалы отражают исключительно мнения их авторов и могут не совпадать с мнением Администрации форума ХоумДистиллер.

© 2021 ХоумДистиллер (форум самогонщиков, пивоваров, виноделов, ректификаторов, зерновиков) & Simple Machines LLC
ПК версия

Добро пожаловать на ХоумДистиллер!

Хорошо, что ты зашел к нам, у нас много полезной информации и отличный ПОИСКОВИК в помощь!

Предупреждаем, Форум использует cookie файлы.

УПРАВЛЕНИЕ ШАГОВЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Шаговые двигатели присутствуют в автомобилях, принтерах, компьютерах, стиральных машинах, электробритвах и многих других устройствах из повседневного быта. Однако многие радиолюбители до сих пор не знают, как заставить такой мотор работать и что он вообще из себя представляет. Итак, давайте узнаем, как использовать шаговый двигатель.

Шаговые двигатели являются частью класса моторов, известных как безщеточные двигатели. Обмотки шагового двигателя являются частью статора. На роторе расположен постоянный магнит или, для случаев с переменным магнитным сопротивлением, зубчатый блок из магнитомягкого материала. Все коммутации производятся внешними схемами. Обычно система мотор — контроллер разрабатывается так, чтобы была возможность вывода ротора в любую, фиксированную позицию, то есть система управляется по положению. Цикличность позиционирования ротора зависит от его геометрии.

Типы шаговых двигателей

Существуют три основных типа шаговых двигателей: переменной индуктивности, двигатели с постоянными магнитами, и гибридные двигатели.

Двигатели переменной индуктивности используют только генерируемое магнитное поле на центральном валу, заставляющее вращаться и находиться на одной линии с напряжением электромагнитов.

Двигатели с постоянными магнитами похожи на них, за исключением того, что центральный вал поляризован у северного и южного магнитных полюсов, которые будут соответствующим образом поворачивать его в зависимости от того, какие электромагниты включены.

Гибридный мотор — это сочетание двух предыдущих. У его намагниченного центрального вала имеется два набора зубов для двух магнитных полюсов, которые затем выстраиваются в линию с зубами вдоль электромагнитов. В связи с двойным набором зубов на центральном валу, гибридный двигатель имеет наименьший доступный размер шага и поэтому является одним из наиболее популярных типов шаговых двигателей.

Униполярные и биполярные шаговые двигатели

Также существует ещё два типа шаговых двигателей: униполярные и биполярные. На фундаментальном уровне, эти два типа работать точно так же; электромагниты включены в последовательном виде, заставляя центральный вал двигателя вращаться.

Но униполярный шаговый двигатель работает только с положительным напряжением, а биполярный шаговый двигатель имеет два полюса — положительный и отрицательный.

То есть фактическая разница между этими двумя типами заключается в том, что для однополярных требуется дополнительный провод в середине каждой катушки, что позволит току проходить либо к одному концу катушки, либо другому. Эти два противоположных направления производят две полярности магнитного поля, фактически имитируя как положительные, так и отрицательные напряжения.

Хотя оба они имеют общий уровень питающих напряжений 5V, биполярный шаговый двигатель будет иметь больший крутящий момент, потому что ток течет через всю катушку, производя более сильное магнитное поле. С другой стороны, униполярные шаговые двигатели используют только половину длины катушки из-за дополнительного провода в середине катушки, а значит меньший крутящий момент доступен для удержания вала на месте.

Подключение шаговых двигателей

Разные шаговые двигатели могут иметь разное количество проводов, как правило, 4, 5, 6, или 8. 4-х проводные линии могут поддержать только биполярные шаговые двигатели, поскольку у них нет центрального провода.

5-ти и 6-ти проводные механизмы могут быть использованы как для однополярного, так и биполярного шагового двигателя, в зависимости от того, используется центральный провод на каждой из катушек или нет. 5-ти проводная конфигурация подразумевает, что центральные провода на два комплекта катушек соединены внутри между собой.

Способы управления шаговыми двигателями

Есть несколько различных способов управления шаговыми двигателями — полный шаг, полушаг, и микрошаговый. Каждый из этих стилей предлагают различные крутящие моменты, шаги и размеры.

Полный шаг — такой привод всегда имеет два электромагнита. Для вращения вала, один из электромагнитов выключается и далее электромагнит включен, вызывая вращение вала на 1/4 зуба (по крайней мере для гибридных шаговых двигателей). Этот стиль имеет самый сильный момент вращения, но и самый большой размер шага.

Полшага. Для вращения центрального вала, первый электромагнит находится под напряжением, как первый шаг, затем второй также под напряжением, а первый все еще работает на второй шаг. При третьем шаге выключается первый электромагнит и четвертый шаг — поворот на третий электромагнит, а второй электромагнит по-прежнему работает. Этот метод использует в два раза больше шагов, чем полный шаг, но он также имеет меньший крутящий момент.

Микрошаговый имеет наименьший размер шага из всех этих стилей. Момент вращения, связанный с этим стилем, зависит от того, как много тока, протекает через катушки в определенное время, но он всегда будет меньше, чем при полном шаге.

Схема подключения шаговых двигателей

Чтобы управлять шаговым двигателем необходим контроллер. Контроллер — схема, которая подает напряжение к любой из четырех катушек статора. Схемы управления достаточно сложны, по сравнению с обычными электромоторчиками, и имеют много особенностей. Подробно рассматривать тут мы их не будем, а просто приведём фрагмент популярного контроллера на ULN2003A.

В общем шаговые двигатели являются отличным способом для того, чтобы повернуть что-то в точный размер угла с большим количеством крутящего момента. Другое преимущество их в том, что скорость вращения может быть достигнута почти мгновенно при изменении направления вращения на противоположное.

Originally posted 2018-11-23 11:47:42. Republished by Blog Post Promoter

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector