Шаговый двигатель википедия: что это такое, принцип и схема работы реактивного пошагового привода электродвигателя, как работает мотор, где применяется данное устройство

Содержание

Выбор шагового двигателя | PureLogic R&D

  • Статьи
  • Конструирование портальных станков с ЧПУ

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ О РЕЖИМАХ РАБОТЫ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Модель работы идеального шагового двигателя

Шаговый двигатель - устройство с постоянной мощностью, если мощность определить как момент, умноженный на скорость. Это означает, что крутящий момент обратно пропорционален скорости. Чтобы уяснить, почему мощность мотора не зависит от скорости, представим себе идеальный шаговый двигатель.

В идеальном двигателе нет трения, его момент пропорционален амперо-виткам обмоток и единственной электрической характеристикой является индуктивность. Индуктивность L характеризует способность обмотки запасать энергию в магнитном поле. Индуктивности обладают свойством индуктивного сопортивления, т.е. сопротивления переменному току, которое тем больше, чем быстрее меняется ток, а значит, индуктивное сопротивление возрастает вместе со скоростью вращения двигателя. По закону Ома ток прямо пропорционален напряжению и обратно пропорционален полному сопротивлению, откуда следует, что ток обмотки уменьшается при увеличении скорости вращения. Т.к. момент пропорционален амперо-виткам, а ток обратно пропорционален скорости, то момент также будет обратно пропорционален скорости. Т.е. при нулевой скорости момент стремится к бесконечности, при увеличении скорости момент(и ток) начинает стремиться к нулю.

Электрически, реальный двигатель отличается от идеального в основном ненулевым сопротивлением обмотки, а также ферромагнитными составляющими, которым свойствоенно насыщаться магнитным полем, что приводит к гистерезисным потерям и потерям на вихревые токи. Насыщение ограничивает момент, а вихревые токи и гистерезисные потери вызывают нагрев мотора. Рассмотрим кривую зависимости крутящего момента шагового двигателя от скорости.

Как видно из графика, при скорости ниже определенного предела, момент, а следовательно и ток, возрастают очень быстро, вплоть до уровней, приводящих к повреждению мотора. Чтобы этого избежать, драйвер должен ограничивать нарастание тока до определенной величины. Поскольку момент пропорционален току, момент будет постоянен начиная с момента удержания до порогового значения скорости, а при скорости выше порога - ток будет ограничен индуктивностью обмоток.

В результате, скорость-моментная характеристика идеального двигателя будет начинаться с отрезка, где момент постоянный, до точки, когда мотор перестанет генерировать и потреблять реактивную мощность. Реальный шаговый двигатель обладает потерями, которые изменяют идеальную скорость-моментную характеристику. Особенно велик вклад момента от зубцовых гармоник магнитного поля(его иногда указывают в документации на двигатель). Потери в двигателе есть всегда, и чем быстрее вращается вал шагового мотора, тем больше потери, и их также необходимо вычитать из идеальной характеристики.

Обратите внимание, как реальная мощность падает вместе с ростом скорости, в том числе и на отрезке "постоянной мощности". Скругление на переходной точке обусловлено переходным процессом в цепи - драйвер постепенно превращается из источника тока в источник напряжения.

Резонанс на средних частотах

Шаговый двигатель сильно подвержен резонансу, являясь по факту аналогом маятника "подвешенный на пружине груз", где грузом является ротор, а пружиной - магнитное поле, и имеет частоту собственных колебаний, зависящую от силы тока и инерции ротора. В момент, когда разность фаз момента и скорости достигает величины 180 град., возникает резонанс – изменение магнитного поля начинает совпадать со скоростью, и скорость ротора при позиционировании на новый шаг становится слишком велика. При резонансе значительная часть энергии магнитного поля уходит на преодоление инерции ротора при колебании около положения равновесия, что выражается в значительном падении крутящего момента на валу. Накопленная кинетическая энергия ротора расходуется при возникновении резонанса примерно за 1-10 сек, поэтому разогнать двигатель можно, пройдя зону резонанса без последствий, но работать сколь-нибудь продолжительное время не удастся – вал остановится. Для устранения этого явления в драйверах используются различные антирезонансные алгоритмы.

Мощность двигателя

Выходная мощность двигателя (скорость×момент) пропорциональна напряжению, деленному на квадратный корень из индуктивности. Если мы увеличим вдвое напряжение ШИМ, то получим другую кривую СМХ, лежащую выше, и мощность на участке постоянной мощности вырастет вдвое. С током иная картина. Рисунок ниже показывает, что будет при выставлении на драйвере тока в 2 раза больше номинального для двигателя. Мотор начинает выделять в 4 раза больше тепла, а момент на низких оборотах увеличивается менее чем в 2 раза из-за насыщения сердечников обмоток.

Как можно видеть, мощность не увеличивается вовсе. Всегда рекомендуется выставлять ток на драйвере равным номинальному значению для двигателя. Это в том числе снизит вибрации на низких частотах, улучшит характеристики хода в микрошаговом режиме.

Напряжение питания и нагрев двигателя

Основные причины нагрева двигателя: потери на сопротивлении обмоток и ферромагнитные потери. Первая часть всем знакома – это тепловая энергия, выделяющяяся на активном сопротивлении проводов обмоток, равная I2R. Вклад этого слагаемого велик только когда двигатель находится в режиме удержания, и резко уменьшается с возрастанием скорости двигателя. Ферромагнитными потерями назваются потери на токи Фуко и гистерезисные потери. Они зависят от изменения тока и, следовательно, от питающего напряжения, и выделяются в виде тепла. Как было сказано выше, мощность двигателя растет прямо пропорционально напряжению, однако ферромагнитные потери тоже растут, причем, в отличие от мощности, - нелинейно, что и ограничивает максимальное напряжения, которое можно использовать для драйвера. Можно сказать, что максимальная полезная мощность шагового двигателя определяется количеством тепла, которое может на нем безопасно выделяться. Поэтому не следует стараться выжать полкиловатта из двигателя 57 серии, подключив драйвер к источнику в 10 кВ – у напряжения есть разумные пределы. Их можно рассчитывать разными способами. Эмпирически было получено несколько оценок сверху для максимального питающего напряжения ШИМ-драйвера: оно не должно превышать номинальное напряжение обмоток более чем в 25 раз или величину 32√ L, где L – индуктивность обмотки.

Для наглядности ниже показан график, показывающий ферромагнитные потери для двигателя с номинальными характеристиками 4 А, 3 В.

Кратко о мощности шагового двигателя

Выбор двигателя и питающего напряжения целиком зависят от задач. В идеале, двигатель должен выдавать достаточный момент на максимальной планируемой скорости. Необходимо отличать момент от мощности двигателя: большой момент на низких скоростях не означает, что двигатель мощный. Выходная мощность – другой, более важный параметр, её примерно можно оценить по кривой скорости-момента. Теоретически, максимальная мощность, которую можно стабильно получать с драйвера, питаемого напряжением 80 В и выходным током 7 А примерно 250 Ватт(1/3 л.с.), в реальности же для этого потребуется 2 или 3 двигателя NEMA 34. Двигатели NEMA 23 слишком малы для отвода тепла, а NEMA 42 из-за размера не подходят по импедансу: если их номинальный ток меньше, чем 7 А, то напряжение будет больше 80 В, и наоборот. Момент от зубцовых гармоник в моторах NEMA 42 существенно больше, чем в малых моторах, и обязательно должен быть учтен при расчете выходной мощности. Другими словами, выходная мощность двигателей NEMA 42 падает быстрее, чем у меньших двигателей. NEMA 42 следует использовать, если требуется получить высокий момент на низких скоростях и нет смысла использовать мотор-редуктор.

О ЧЕМ ГОВОРЯТ ХАРАКТЕРИСТИКИ ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Если вы опустили все, написанное выше, или прочитали, но мало что поняли, данная глава поможет разобраться, как перейти к практической части. Несколько слов о размере двигателя. Развитие производства шаговых двигателей достигло больших успехов, и теперь шаговые двигатели одного размера разных производителей обладают очень схожими характеристиками. Именно размер двигателя задает рамки, в которых может изменяться его главная характеристика - кривая скорости-момента. Индуктивность обмотки показывает, насколько крута будет кривая СМХ при одинаковом напряжении питания драйвера с ШИМ: если мы возьмем 2 двигателя индентичного размера с разной индуктивностью, и будем управлять ими одним драйвером с одним и тем же питающим напряжением, полученные кривые СМХ будут отличаться крутизной.

Большая индуктивность потенциально дает вам возможность получить больший крутящий момент, но чтобы произвести такую конверсию, потребуется драйвер с большим напряжением питания - тогда кривая СМХ поднимется вверх пропорционально увеличению напряжения. На практике почти все фирмы производят моторы одного размера в двух исполнениях - "медленный" и "быстрый", с большой и малой индуктивностью. Причем "быстрые" модели пользуются большей популярностью - для них на высоких оборотах требуется меньшее напряжение, а значит более дешевые драйверы и источник питания. А если вдруг не хватает мощности - можно взять двигатель побольше. "Медленные" модели остаются для специфических применений - в случаях, когда от шагового привода не требуется больших скоростей, нужен большой момент удержания и т.п. Ток обмотки косвенно связан с крутящим моментом, но в основном он говорит о том, какой драйвер нужно будет подобрать к этому двигателю - он должен быть способен выдавать именно такой уровень тока. Напряжения питания обмотки показывает, какое постоянное(не ШИМ) напряжение можно подавать на обмотку - таково значение напряжения, используемое драйверами постоянного напряжения. Оно пригодится при вычислении максимально допустимого напряжения питания драйвера с ШИМ, и тоже косвенно связано с максимальным крутящим моментом.

АЛГОРИТМ ПОДБОРА ШАГОВОГО ДВИГАТЕЛЯ

Так как же выбрать двигатель? Зависит от того, какими вы данными обладаете. По большому счету, выбор двигателя сводится к выбору 4 вещей - производителя, вида двигателя, размера и индуктивности. Первый параметр поддается оценке с трудом - мало у кого репрезентативная выборка образцов от разных поставщиков. Что касается вида двигателя, мы рекомендуем всегда, когда есть неопределенность в выборе, использовать биполярные шаговые двигатели с 4 выводами и малой индуктивностью. Т.е. выбор в основном заключается в выборе размера двигателя(в пределах одного размера характеристики двигателей с одной индуктивностью почти всех производителей практически совпадают). Для выбора конкретной модели можно использовать следующий алгоритм:

  •  Рассчитайте максимальную скорость вращения V в об/сек, которую хотите получить от привода, и момент M, который необходимо получить от него на этой скорости(закладывайте в это значение запас в 25-40%).
  •  Переведите скорость вращения в частоту полных шагов PPS, для стандартного двигателя с шагом 1.8 град PPS = 200 * V.
  •  Выберите примерно подходящий на первый взгляд размер двигателя, из числа доступных моделей этого размера выберите двигатель с не самой большой индуктивностью.
  •  Воспользуйтесь кривой СМХ, приводимой производителем, найдите на ней ваше значение PPS. Сверьтесь, достаточен ли момент, указанный на кривой.
  •  Если момент, указанный на кривой слишком мал, рассмотрите двигатель размером побольше, если слишком велик - размером поменьше.

Однако, часто этот способ дает неверные результаты по причине большого количества факторов и допущений при расчете момента. Запросто можно получить, что для управления небольшим портальным фрезером с порталом весом 15 кг вдруг потребуются двигатели ST86-114. Чаще используют эмпирические способы, и они оказываются точнее. Один из таких способов - определение двигателей по весу портала и размеру рабочего поля. Например, выбор шагового мотора для горизонтальной передачи(оси X и Y) можно осуществить исходя из веса подвижной части, передачи, направляющих и материалов, планируемых к обработке. Для портальных станков классической компоновки, с передачей ШВП, шагом 5 мм на оборот, для обработки дерева и пластика, скорость холостого хода до 4000 мм/мин, в предположении, что направляющие оси без преднатяга и отъюстированы так, что подвижная часть ходит по ним без какого-либо сопротивления, можно порекомендовать следующие значения:

Совместно с этими оценками можно использовать оценки для размеров рабочего поля: Рабочее поле 0,1-0,5 кв.м. - двигатели PL57-76 или аналогичные. Рабочее поле 0,5-1 кв.м. - двигатели PL86-80 или аналогичные. Рабочее поле 1-1,5 кв.м. - двигатели PL86-114 или аналогичные. Если характеристики Вашего станка находятся в пограничных интервалах, скажем, вес портала 23 кг, поле около 0,5 кв. м., стоит использовать дополнительные оценочные методы. Еще один распространенный подход заключается в анализе готовых станков на рынке, которые близки к конструируемому по размерам и характеристикам - проверенная конструкция означает, что двигатели уже подобраны оптимальным образом, и можно взять их характеристики за основу.

И последнее, что можно порекомендовать - обратиться за консультацией к опытным специалистам.


Что такое шаговый двигатель, и зачем он нужен?

Что такое шаговый двигатель, и зачем он нужен?

Шаговый двигатель - это электромеханичское устройство, которое преобразует электрические импульсы в дискретные механические перемещения. Так, пожалуй, можно дать строгое определение. Наверное, каждый видел, как выглядит шаговый двигатель внешне: он практически ничем не отличается от двигателей других типов. Чаще всего это круглый корпус, вал, несколько выводов (рис. 1).

Рис. 1. Внешний вид шаговых двигателей семейства ДШИ-200.

Однако шаговые двигатели обладают некоторыми уникальными свойствами, что делает порой их исключительно удобными для применения или даже незаменимыми.

Чем же хорош шаговый двигатель?

  • угол поворота ротора определяется числом импульсов, которые поданы на двигатель
  • двигатель обеспечивает полный момент в режиме остановки (если обмотки запитаны)
  • прецизионное позиционирование и повторяемость. Хорошие шаговые двигатели имеют точность 3-5% от величины шага. Эта ошибка не накапливается от шага к шагу
  • возможность быстрого старта/остановки/реверсирования
  • высокая надежность, связанная с отсутствием щеток, срок службы шагового двигателя фактически определяется сроком службы подшипников
  • однозначная зависимость положения от входных импульсов обеспечивает позиционирование без обратной связи
  • возможность получения очень низких скоростей вращения для нагрузки, присоединенной непосредственно к валу двигателя без промежуточного редуктора
  • может быть перекрыт довольно большой диапазон скоростей, скорость пропорциональна частоте входных импульсов

Но не все так хорошо...

  • шаговым двигателем присуще явление резонанса
  • возможна потеря контроля положения ввиду работы без обратной связи
  • потребление энергии не уменьшается даже без нагрузки
  • затруднена работа на высоких скоростях
  • невысокая удельная мощность
  • относительно сложная схема управления

Что выбрать?

Шаговые двигатели относятся к классу бесколлекторных двигателей постоянного тока. Как и любые бесколлекторные двигатели, они имеют высокую надежность и большой срок службы, что позволяет использовать их в критичных, например, индустриальных применениях. По сравнению с обычными двигателями постоянного тока, шаговые двигатели требуют значительно более сложных схем управления, которые должны выполнять все коммутации обмоток при работе двигателя. Кроме того, сам шаговый двигатель - дорогостоящее устройство, поэтому там, где точное позиционирование не требуется, обычные коллекторные двигатели имеют заметное преимущество. Справедливости ради следует отметить, что в последнее время для управления коллекторными двигателями все чаще применяют контроллеры, которые по сложности практически не уступают контроллерам шаговых двигателей.

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

При проектировании конкретных систем приходится делать выбор между сервомотором и шаговым двигателем. Когда требуется прецизионное позиционирование и точное управление скоростью, а требуемый момент и скорость не выходят за допустимые пределы, то шаговый двигатель является наиболее экономичным решением. Как и для обычных двигателей, для повышения момента может быть использован понижающий редуктор. Однако для шаговых двигателей редуктор не всегда подходит. В отличие от коллекторных двигателей, у котрых момент растет с увеличением скорости, шаговый двигатель имеет больший момент на низких скоростях. К тому же, шаговые двигатели имеют гораздо меньшую максимальную скорость по сравнению с коллекторными двигателями, что ограничивает максимальное передаточное число и, соответственно, увеличение момента с помощью редуктора. Готовые шаговые двигатели с редукторами хотя и существуют, однако являются экзотикой. Еще одним фактом, ограничивающим применение редуктора, является присущий ему люфт.

Возможность получения низкой частоты вращения часто является причиной того, что разработчики, будучи не в состоянии спроектировать редуктор, применяют шаговые двигатели неоправданно часто. В то же время коллекторный двигатель имеет более высокую удельную мощность, низкую стоимость, простую схему управления, и вместе с одноступенчатым червячным редуктором он способен обеспечить тот же диапазон скоростей, что и шаговый двигатель. К тому же, при этом обеспечивается значительно больший момент. Приводы на основе коллекторных двигателей очень часто применяются в технике военного назначения, а это косвенно говорит о хороших параметрах и высокой надежности таких приводов. Да и в современной бытовой технике, автомобилях, промышленном оборудовании коллекторные двигатели распространены достаточно сильно. Тем не менее, для шаговых двигателей имеется своя, хотя и довольно узкая, сфера применения, где они незаменимы.


Ссылки по теме:

Сравнение сервоприводов и шаговых двигателей

Рисунок 1 — Сервопривод

Физика процесса

Электрические машины широко применяют на электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического регулирования и управления, в быту. Электрические машины преобразуют механическую энергию в электрическую и наоборот, электрическую энергию в механическую. Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую, называется генератором. Преобразование электрической энергии в механическую осуществляется двигателями.Принцип действия электрических машин основан на использовании законов электромагнитной индукции и электромагнитных сил. Если в магнитном поле полюсов постоянных магнитов или электромагнитов поместить проводник и под действием какой-либо силы F1 перемещать его, то в нем возникает Э.Д.С. равная:

E=B×I×vE= B times I times v

где В — магнитная индукция в месте, где находится проводник,
l — активная длина проводника (та его часть, которая находится в магнитном поле),
v — скорость перемещения проводника в магнитном поле.

Если этот проводник замкнуть на какой-либо приемник энергии, то в замкнутой цепи под действием Э.Д.С. будет протекать ток, совпадающий по направлению с Э.Д.С. в проводнике. В результате взаимодействия тока I в проводнике с магнитным полем полюсов создается электромагнитная сила Fэ, направление которой определяется по правилу левой руки; эта сила будет направлена навстречу силе, перемещающей проводник в магнитном поле. При равенстве сил F1 = Fэ проводник будет перемещаться с постоянной скоростью. Следовательно, в такой простейшей электрической машине механическая энергия, затрачиваемая на перемещение проводника, преобразуется в энергию электрическую, отдаваемую сопротивлению внешнего приемника энергии, т. е. машина работает генератором. Та же простейшая электрическая машина может работать двигателем. Если от постороннего источника электрической энергии через проводник пропустить ток, то в результате взаимодействия тока в проводнике с магнитным полем полюсов создается электромагнитная сила Рэ, под действием которой проводник начнет перемещаться в магнитном поле, преодолевая силу торможения какого-либо механического приемника энергии.

Рисунок 2 — Физика процесса

Таким образом, рассмотренная машина так же, как и любая электрическая машина, обратима, т. е. может работать как генератором, так и двигателем. Для увеличения Э.Д.С. и электромеханических сил электрические машины снабжаются обмотками, состоящими из большого числа проводов, которые соединяются между собой так, чтобы Э.Д.С. в них имели одинаковое направление и складывались. Э.Д.С. в проводнике будет индуктирована также и в том случае, когда проводник неподвижен, а перемещается магнитное поле полюсов.

Асинхронные двигатели

Наиболее распространенные электрические машины. В основном они используются как электродвигатели и являются основными преобразователями электрической энергии в механическую.Асинхронный двигатель имеет статор (неподвижная часть) и ротор (подвижная часть), разделенные воздушным зазором, ротор крепится на подшипниках. Активными частями являются обмотки; все остальные части — конструктивные, обеспечивающие необходимую прочность, жесткость, охлаждение, возможность вращения и т. п. По конструкции ротора асинхронные машины подразделяют на два основных типа: с короткозамкнутым ротором и с фазным ротором. Оба типа имеют одинаковую конструкцию статора и отличаются лишь исполнением обмотки ротора. Магнитопровод ротора выполняется аналогично магнитопроводу статора — из электротехнической стали и шихтованным. Фазный ротор используют когда необходимо создать большой пусковой момент. К ротору подводят ток и в результате уже возникает магнитный поток необходимый для создания момента.

На обмотку статора подается напряжение, под действием которого по этим обмоткам протекает ток и создает вращающееся магнитное поле. Магнитное поле воздействует на стержни ротора и по закону магнитной индукции возникает электрический ток т. к. изменяется магнитный поток, проходящий через замкнутый контур ротора. Токи в стержнях ротора создают собственное магнитное поле стержней, которые вступают во взаимодействие с вращающимся магнитным полем статора. В результате на каждый стержень действует сила, которая складываясь по окружности создает вращающийся электромагнитный момент ротора из-за того, что индукционный ток, возникающий в замкнутом контуре ротора, имеет такое направление, что создаваемое им магнитное поле противодействует тому изменению магнитного потока, которым был вызван данный ток. Следовательно и возникает вращение.Частота вращения ротора не может достигнуть частоты вращения магнитного поля, так как в этом случае угловая скорость вращения магнитного поля относительно обмотки ротора станет равной нулю, магнитное поле перестанет индуцировать в обмотке ротора Э.Д.С. и, в свою очередь, создавать крутящий момент.

Рисунок 3 — Вид асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе

На рисунке приведен вид асинхронной машины с короткозамкнутым ротором в разрезе:

  • 1 — станина,
  • 2 — сердечник статора,
  • 3 — обмотка статора,
  • 4 — сердечник ротора с короткозамкнутой обмоткой,
  • 5 — вал.

Синхронные двигатели

Синхронный двигатель не имеет принципиальных конструктивных отличий от асинхронных. На статоре синхронного двигателя помещается трехфазная обмотка, при включении которой в сеть трехфазного переменного тока будет создано вращающееся магнитное поле, число оборотов в минуту которого n = 60f/p, где f — частота напряжения питания привода. На роторе двигателя помещена обмотка возбуждения, включаемая в сеть источника постоянного тока. Либо ротор выполнен из постоянного магнита. Ток возбуждения создает магнитный поток полюсов или в случае с постоянным магнитом, магнитный поток уже создан. Вращающееся магнитное поле, полученное токами обмотки статора, увлекает за собой полюса ротора. При этом ротор может вращаться только с синхронной скоростью, т. е. со скоростью, равной скорости вращения поля статора. Таким образом, скорость синхронного двигателя строго постоянна, если неизменна частота тока питающей сети.

Достоинством синхронных двигателей является меньшая, чем у асинхронных, чувствительность к изменению напряжения питающей сети. У синхронных двигателей вращающий момент пропорционален напряжению сети в первой степени, тогда как у асинхронных — квадрату напряжения. Вращающий момент синхронного двигателя создается в результате взаимодействия магнитного поля статора с магнитным полем полюсов. От напряжения питающей сети зависит только магнитный поток поля статора.

Шаговые двигатели

Шаговые двигатели — это электромеханические устройства, преобразующие сигнал управления в угловое (или линейное) перемещение ротора с фиксацией его в заданном положении без устройств обратной связи. По сути шаговый двигатель является синхронным, но отличается подходом управления. Рассмотрим самые распространенные.

Двигатели с постоянными магнитами

Рисунок 4 — Ротор

Двигатели с постоянными магнитами состоят из статора, который имеет обмотки, и ротора, содержащего постоянные магниты. Чередующиеся полюса ротора имеют прямолинейную форму и расположены параллельно оси двигателя. Благодаря намагниченности ротора в таких двигателях обеспечивается больший магнитный поток и, как следствие, больший момент, чем у двигателей с переменным магнитным сопротивлением. Такой двигатель имеет величину шага 30°. При включении тока в одной из катушек, ротор стремится занять такое положение, когда разноименные полюса ротора и статора находятся друг напротив друга. Для осуществления непрерывного вращения нужно включать фазы попеременно. На практике двигатели с постоянными магнитами обычно имеют 48—24 шага на оборот (угол шага 7,5—15°). Двигатели с постоянными магнитами подвержены влиянию обратной Э.Д.С. со стороны ротора, котрая ограничивает максимальную скорость.

Гибридные двигатели

Рисунок 5 — Устройство гибридных двигателей

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°). 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° двигателей и 8 основных полюсов для 1,8…0,9° 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. Зависимость между числом полюсов ротора, числом эквивалентных полюсов статора и числом фаз определяет угол шага S двигателя:

S=360/(Nph×Ph)=360/NS= 360 / ( Nph times Ph ) = 360 / N

где Nph — число эквивалентных полюсов на фазу, равное числу полюсов ротора,
Ph — число фаз,
N — полное количество полюсов для всех фаз вместе.

Сервопривод

Рисунок 6 — График зависимости момента от скорости вращения двигателя

Сервопривод — общее название привода, синхронного, асинхронного либо любого другого, с отрицательной обратной связью по положению, моменту и др. параметрам, позволяющего точно управлять параметрами движения. Сервопривод – это комплекс технических средств. Состав сервопривода: привод – например, электромотор, датчик обратной связи – например, датчик угла поворота выходного вала редуктора (энкодер), блок питания и управления (он же преобразователь частоты\сервоусилитель\инвертор\servodrive). Мощность двигателей: 0,05…15 кВт. Существует понятие «вентильный двигатель». Это всего лишь названия для двигателя, управление которым осуществляется через «вентили» – ключи, переключатели и т. п. коммутационные элементы. Современными «вентилями» являются IGBT-транзисторы использующиеся в блоках управления приводами. Никакого конструктивного отличия нет. Основным достоинством сервоприводов является наличие обратной связи, благодаря которой такая система может поддерживать точность позиционирования на высоких скоростях и высоких моментах. Также систему отличает низкоинерционность и высокие динамические характеристики, например время переключения от скорости –3 000 об/мин до достижения 3 000 об/мин составляет всего 0,1 с. Современные блоки управления являются высокотехнологическими изделиями со сложной системой управления и могут обеспечить выполнение практически любой задачи.

Характеристики системы сервопривода рассмотрим основываясь на сервоприводах фирмы Delta elc. Серии блока управления ASDA-A и двигателем 400 Вт. Как видно поддержание момента линейное на всем диапазоне скоростей. Это достигается благодаря использованию синхронного двигателя в высококачественном исполнении. Величина шага перемещения определяется разрешающей способностью датчика обратной связи, энкодера, а так же блоком управления. Стандартные сервоприводы могут обеспечить шаг в 0,036° т. е. 1/10 000 от оборота, и это на скоростях до 5 000 об/мин.

Самые современные сервоприводы отрабатывают шаг в 1/2 500 000.

Внешний вид

Шаговый двигатель Серводвигатель
Рисунок 7 — Шаговый двигатель Рисунок 8 — Серводвигатель

Надежность

Шаговые двигатели обладают высокой надежностью, так как в их конструкции отсутствуют изнашивающиеся детали. Рабочий ресурс двигателя зависит только от ресурса примененных в нем подшипников. Большинство современных бесколлекторных сервоприводов от известных производителей (Mitsubishi, Siemens, Omron, Delta) отличаются высокой надежностью, порой сравнимой с надежностью шаговых двигателей, даже несмотря на значительно более сложное устройство сервопривода.

Эффект потери шагов

Всем шаговым двигателям присуще свойство потери шагов. Данный эффект проявляется в некотором неконтролируемом смещении траектории перемещения инструмента, от необходимой траектории. При изготовлении простых деталей, имеющих малую длину траектории перемещения инструмента и при невысоких требованиях к изделию, в большинстве случаем данным эффектом можно пренебречь. Но при обработке сложных изделий (пресс-формы, резьба и т. п.), где длина траектории может достигать километров!, данный эффект в большинстве случаев будет приводить к неисправимому браку. Данный эффект проявляется при выходе за допустимые характеристики двигателя, при неправильном управлении двигателем, а также при «проблемах» с механикой. Применение современных технологий управления шаговыми двигателями, с применением современной электроники, позволяет полностью устранить данный эффект, но стоимость возрастает. Эффект потери шагов у сервоприводов полностью отсутствует. Потому, что в каждом сервоприводе имеется датчик положения (энкодер), который постоянно отслеживает положение ротора двигателя и при необходимости выдает команды коррекции положения, на основании которых управляющая электроника, проанализировав данные, полученные с энкодера, вырабатывает необходимые сигналы управления на двигатель. Данный механизм называется обратной связью.

Скорость перемещения

При использовании шаговых двигателей в приводах подач в станках с ЧПУ можно добиться скорости 150…300 мм/сек (бывает и больше, но это уже «экзотика»). При максимальных скоростях и при превышении допустимой нагрузки возможно проявление эффекта потери шагов. Приводы подач станков с ЧПУ на основе серводвигателей позволяют достигать высоких скоростей. Скорость холостого перемещения 0,5…1 м/c является нормальным явлением для сервоприводов.

Динамическая точность
(Динамическая точность — максимальное отклонение реальной траектории перемещения инструмента от запрограммированной).

Динамическая точность является определяющей характеристикой при обработке сложноконтурных изделий (пресс-формы, резьба и т. п.). Шаговые двигатели отличаются высокой динамической точностью, которая является следствием принципов работы шагового двигателя. Обычно, на хорошей механике, рассогласование не превышает 20 мкм (1 мкм = 0,001 мм). Высококачественные сервоприводы имеют высокую динамическую точность до 1…2 мкм и выше! (1 мкм = 0,001 мм). Для получения высокой динамической точности необходимо применять сервоприводы, предназначенные для контурного управления, которые точно отрабатывают заданную траекторию.

Стоимость

В шаговых двигателях применяются дорогостоящие редкоземельные магниты, а также ротор и статор изготавливаются с прецизионной точностью, и поэтому по сравнению с общепромышленными электродвигателями шаговые двигатели имеют более высокую стоимость. Применение дорогостоящего датчика положения ротора, а также применение достаточно сложного блока управления обуславливает значительно более высокую стоимость, чем у шагового двигателя.

Стоимость систем для создания момента в 2 Нм.

Гибридный шаговый двигатель с шагом 1,8° – 12 000 р.
Блок управления – 9 600 р.
Привод с энкодером обеспечивающий шаг в 0,036°, максимальную скорость 3 000 об/мин — 12 704 р.
Блок управления – 13 000 р.

Ремонтопригодность

шагового двигателя может выйти из строя только обмотка статора, а ее замену может произвести только производитель двигателя, так как если двигатель даже только разобрать и снова собрать, он уже не будет работать! Потому, что при разборке двигателя происходит разрыв магнитных цепей внутри двигателя и происходит размагничивание магнитов. Поэтому после сборки двигателя требуется намагничивание внутренних магнитов на специальной установке. Поврежденный серводвигатель в большинстве случаев проще заменить, чем ремонтировать. Ремонту в основном подвергают только мощные двигатели, имеющие весьма высокую стоимость.

Столкновение с препятствием

Столкновение подвижных узлов станка с препятствием, в результате которого происходит остановка шагового двигателя, не взывает у него каких-либо повреждений. В станке на базе сервоприводов, при столкновении подвижных узлов с препятствием, управляющая электроника определяет, что произошло повышение нагрузки и для компенсации повышенной нагрузки повышает уровень тока, подаваемый на двигатель. При полной принудительной остановке на серводвигатель подается максимальный ток. Поэтому, если управляющая электроника не отслеживает подобную ситуацию, то возможно сгорание двигателя.

Преимущества

  • Высокая надежность
  • Относительно низкая цена
  • Высокие динамические характеристики
  • Отсутствие эффекта потери шагов
  • Высокая перегрузочная способность

Недостатки

  • Падение крутящего момента на высокой скорости
  • Низкая ремонтопригодность
  • Возможность эффекта потери шагов
  • Высокая цена, следствие использования сложной системы управления
  • Низкая ремонтопригодность
  • Требуется более бережное отношение к двигателю

Вывод

Сервопривод и шаговый двигатель не являются конкурентами, а каждый занимает свою определенную нишу. Сравним их на основе рынка станков с ЧПУ. Применение шаговых двигателей полностью оправданно для применения в недорогих станках с ЧПУ (в ценовой категории до 10—12 тыс. USD), предназначенных для обработки дерева, пластиков, ДСП, МДФ, легких металлов и других материалов средней скорости.Применение высококачественных сервоприводов необходимо в высокопроизводительном оборудовании, где главным критерием является производительность. Единственный «недостаток» хорошего сервопривода – это его высокая стоимость. К примеру, станок ATS-760 на шаговых приводах стоит 11 000 $, а эта же модель, но на сервоприводах стоит 17 500 $. Однако возможности получения высокостабильного или точного управления, широкий диапазон регулирования скорости, высокая помехоустойчивость, малые габариты и вес часто являются решающими факторами их применения. Добившись одинаковых качеств от сервопривода и шагового их стоимости станут соизмеримыми при однозначном лидерстве сервопривода.

Серводвигатели против шаговых двигателей - ООО "Артель" ЛТД

Серводвигатели против шаговых двигателей.

Что такое шаговый электродвигатель и принцип его работы:

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 угловые перемещения (шаги) ротора.

Шаговые двигатели можно отнести к группе бесколлекторных двигателей постоянного тока. Шаговые двигатели, имеют высокую надежность и большой срок службы, что позволяет использовать их в индустриальных применениях. При увеличении скорости двигателя, уменьшается вращающийся момент.
Шаговые двигатели делают больше вибрации, чем другие типы двигателей, поскольку дискретный шаг имеет тенденцию хватать ротор от одного положения к другому. За счет этого шаговый двигатель во время работы очень шумный. Вибрация может быть очень сильная, что может привести двигатель к потери момента. Это связано с тем, что вал находится в магнитном поле и ведет себя как пружина. Шаговые двигатели работают без обратной связи, то есть не используют Энкодеры или резольверы для определения положения.
Типы:
Существует четыре главных типа шаговых двигателей:

  • Шаговые двигателя с постоянным магнитом
  • Гибридный шаговые двигателя
  • Двигатели с переменным магнитным сопротивлением
  • Биполярные и униполярные шаговые двигатели

Преимущества Шагового двигателя:

  • Устойчив в работе
  • Работает в широком диапазоне фрикционных и инерционных нагрузок и скоростей, скорость пропорциональна частоте входных импульсов.
  • Нет необходимости в обратной связи
  • Намного дешевле других типов двигателей
  • Подшипники - единственный механизм износа, за счет этого долгий срок эксплуатации.
  • Превосходный крутящий момент при низких скоростях или нулевых скоростях
  • Может работать с большой нагрузкой без использования редукторов
  • Двигатель не может быть поврежден механической перегрузкой
  • Возможность быстрого старта, остановки, реверсирования

Главным преимуществом шаговых приводов является точность. При подаче потенциалов на обмотки, шаговый двигатель повернется строго на определенный угол. Шаговый привод, можно приравнять к недорогой альтернативе сервоприводу, он наилучшим образом подходит для автоматизации отдельных узлов и систем, где не требуется высокая динамика.

Недостатки шагового двигателя:

  • Постоянное потребление энергии, даже при уменьшении нагрузки и без нагрузки
  • У шагового двигателя существует резонанс
  • Из-за того что нет обратной связи, можно потерять положение движения.
  • Падение крутящего момента на высокой скорости
  • Низкая ремонтопригодность

Применение.
Шаговые двигателя имеет большую область применения в машиностроении, станках ЧПУ, компьютерной технике, банковских аппаратах, промышленном оборудовании, производственных линиях, медицинском оборудовании и т.д.

Что такое серво двигатель и принцип его работы:

Серводвигателя делятся на категории щеточные (коллекторные) и без щеточные (без коллекторные) . Щеточные (коллекторные) серводвигатели могут быть постоянного тока, без коллекторные серводвигатели могут быть постоянного и переменного тока. Серводвигатели с щетками (коллекторные), имеют один недостаток каждые 5000 часов необходима замена щеток. На серводвигателях всегда есть обратная связь, это может быть энкодер или резольвером. Обратная связь необходима, чтобы достичь необходимой скорости, либо получить нужный угол поворота. В случаях высоких нагрузок и если скорость окажется ниже требуемой величины, ток пойдет на увеличение , пока скорость не достигнет нужной величины, если сигнал скорости покажет, что скорость больше, чем нужно, ток, пойдет на уменьшение. При использовании обратной связи по положению, сигнал о положении можно использовать чтобы остановить двигатель, после того, как ротор двигателя приблизится к нужному угловому положению.
АС серводвигатель - двигатель переменного тока. В ценообразовании двигатель переменного тока дешевле двигателя постоянного тока. По принципу работы эти двигатели разделяются на синхронные и асинхронные двигатели и коллекторные.
В синхронных двигателях переменного тока ротор и магнитное поле вращается синхронно с одинаковой скоростью и в одном направлении с статором, а в асинхронных двигателях переменного тока ротор вращается несинхронно по отношению с магнитным полем. В асинхронном двигателе из-за отсутствия коллектора (щетки) регулировка оборотов происходит за счет изменения частоты и напряжения.

DC серводвигатель - двигатель постоянного тока.
Серводвигатели постоянного тока из за своих динамических качеств могут быть использованы приводом непрерывного действия. Серводвигатели постоянного тока могут постоянно работать в режимах старт, остановка и работать в обоих направлениях вращения. Обороты и развиваемый крутящий момент можно изменять путем изменения величины напряжения тока питания или импульсами.

Преимущества серводвигателей:

  • При малых размерах двигателя можно получить высокую мощность
  • Большой диапазон мощностей
  • Отслеживается положение, за счет использования обратной связи
  • Высокий крутящий момент по отношении к инерции
  • Возможность быстрого разгона и торможения
  • При высокой скорости, высокий крутящий момент
  • Допустимый предел шума при высоких скоростях
  • Полное отсутствия резонанса и вибрации
  • Точность позиционирования
  • Широкий диапазон регулирования скорости.
  • Точность поддержания скорости и стабильность вращающего момента.
  • Высокий статический момент Мо при нулевой скорости вращения.
  • Высокая перегрузочная способность: Mmax до 3.5Mo, Imax до 4Io
  • Малое время разгона и торможения, высокое ускорение (обычно > 5 м/с2 ).
  • Малый момент инерции двигателя, низкий вес, компактные размеры.

Пример работы двигателя:
На данном примере я перескажу вам принцип работы серводвигателя. После того, как вы сгенерировали управляющую программу, она создается в системе G-кодов, то есть ваша линия, окружность или любой созданный вами объект конвертируется в перемещение по координатам X,Y, Z на определённое расстояние. За расстояние отвечают импульсы, которые подаются через блок управления на двигатель. При перемещении любой из осей, например на 100 мм, драйвер (блок управления) подает определённое напряжение на двигатель, вал двигателя (ротор). Вал двигателя соединен с ходовым винтом (ШВП), вращение оборотов двигателя отслеживается энкодер. При вращении ходового винта по любой из осей, потому что при использовании серво, энкодеры (обратная связь) устанавливаются на тех осях, где вы хотите определить положение, на энкодер подаются импульсы, которые считываются системой управления ЧПУ. Системы ЧПУ программируются так, что ни понимают что, например, для перемещения на 100 мм необходимо получить определенное количество импульсов. Пока система ЧПУ не получит нужное количество импульсов на вход драйвера (блока управления) будет подаваться напряжение задания (рассогласование). Когда портал станка проедет заданные 100 мм, система ЧПУ получит нужное количество импульсов и напряжение на входе драйвера упадет до 0 и двигатель остановится. Прошу вас заметить, что преимущество обратной связи в том, что если по какое то либо причине произойдет смещение портала станка, энкодер отправит на систему управления нужное количество импульсов, для подачи нужного напряжения на согласования драйвера (блока управления), и двигатель поменяет угол. Для того что разногласие было равно 0, это помогает удерживать станок в заданной точке с высокой точностью. Не все типы двигателей способны, обеспечивать динамику разгона, нужный крутящий момент и т. п.

Сравнительная характеристика по основным параметрам

Шаговые двигателиСерво двигателя

Срок эксплуатации и обслуживание

Шаговые двигатели – нет щеток, это увеличивает срок эксплуатации до многих лет, единственным слабым местом являются подшипники, могут работать в большом диапазоне высоких температур. Срок эксплуатации в разы дольше любого типа двигателя.

Из всех видов серво двигателей, самые дешевые это двигателя коллекторного типа (со щетками), они менее надежны, чем шаговые двигатели и требуют замены щеток примерно через 5000 часов непрерывной работы.
Другой тип бесколлекторных сервоприводов производятся по надежности как и шаговые двигателя, отсутствие щеток увеличивает срок эксплуатации, но не уменьшает стоимость ремонта. В некоторых случаях проще и дешевле купить новый двигатель, а не пытаться его отремонтировать.

Ремонт

Очень тяжело повредить и износить подшипник. Как и в любом двигателе возможно повреждение обмотки двигателя. Из низкой цены проще купить новый шаговый двигатель.

В некоторых случаях проще и дешевле купить новый двигатель, а не пытаться его отремонтировать.

Точность перемещений

При использование точных механизмов, может быть не ниже +/- 0.01 мм

сервоприводы имеют высокую динамическую точность до 1-2мкм и выше (1 мкм = 0.001 мм)

Скорость перемещения

В лазерно гравировальных станках скорость 20 – 25 метров в минуту. Если мы говорим о фрезерных станках ЧПУ с тяжелыми порталами и балками. Максимальная скорость перемещения до 9 м/мин.

С использованием сервоприводов в станках с ЧПУ возможно достижение скоростей до 60 м/мин при использование высокосортной механике.

Скорость разгона

до 120 об/мин за секунду

до 1000 об/мин за 0,2 секунды

Потеря шагов при повышении скорости и нагрузки

При высоких скоростях и высоких нагрузках происходит потеря шагов. Эта не проблема возможна при воздействии внешних факторов: ударов, вибраций, резонансов и т.п.

У серво двигателей присутствует обратная связь, что полностью исключает потерю шагов.

Принудительная остановка (столкновение с препятствием)

Принудительная остановка шагового двигателя не вызывает у него никаких повреждений

В случае принудительной остановки серводвигателя, драйвер мотора должен правильно среагировать на данную остановку. В противном случае по обратной связи подается сигнал на доработку не пройденного расстояния, повышается ток на обмотках, двигатель может перегреться и сгореть!

Разница в цене

По цене шаговый двигатель намного дешевле своего товарища серво двигателя.

Минимум в 1,5 раз дороже шагового двигателя.

Каждый тип двигателя предназначен для своей задачи. В некоторых случаях нужно использовать шаговых двигатель, а для некоторых задач необходимо использовать только серво двигатель. В фрезерных станках ЧПУ широко используются оба типа двигателей, просто у каждого из них есть свои задачи, и иногда не целесообразно переплачивать за серво, при небольших объемах производства.

Подведем черту сравнения серводвигателей и шаговых двигателей:

Как и было сказано раньше, шаговый двигатель не может вам дать высокую скорость и мощность и поэтому одно из его применений - в станках ЧПУ недорого сегмента, например фрезерных деревообрабатывающих станках с ЧПУ «АртМастер» 2112, 2515, 3015базовой комплектации. Данный вид станков на средней скорости покроет большой ассортимент работ: обработки дерева, пластика, ДСП, МДФ, легких металлов и других материалов.

Если же вас не устраивают скоростные характеристики, Вам необходимо рассмотреть фрезерные деревообрабатывающие станки с ЧПУ «АртМастер» 2112, 2515, 3015(авт.) и высокоскоростной фрезерный деревообрабатывающий станок «АртМастер 3015 Racer».

Вы всегда должны для себя понимать, что сервомоторы позволяют вам с экономить время на холостых переходах, при этом вы не должны забывать правильно оптимизировать количество проходов. Скорость фрезеровки всегда зависит от мощности режущего инструмента (электрошпинделя) и типа фрезы. Мы не сможете получить хорошую скорость фрезеровки при низком качестве инструмента. Вы получите либо брак в изделии, либо Вам потребуется постоянная замена режущего инструмента. То есть при использовании высоких скоростей, при обработке материала вы не должны забывать о качестве и типе инструмента для фрезеровки. Дорогой инструмент не только быстрее режет, но и служит дольше. И прошу не забывать другое преимущество серво: высокая скорость и производительность в разы выше, чем у шагового при фрезеровке объёмных изображений (фото), резьбы (фото). При наличии смены инструмента, вакуумного стола вы можете оптимизировать ваше производство и минимизировать отходы.

Если вы хотите добиться увеличения объёмов выполненной работы на вашем производстве, решение только одно - сервомоторы, а для старта или изготовления фасадов, дверей, столешниц, и прямолинейного, криволинейного раскроя при объёмах производства от 500-1000 кв.м, вы можете остановить свой выбор на станках с шаговыми двигателями.

общие сведения, принцип работы мотора

Практически все электрические приборы функционируют с помощью приводных механизмов. Они могут иметь различное строение и принцип работы, а также особенности настраивания. Существуют разные типы таких приспособлений. Одним из наиболее востребованных и доступных по цене считается биполярный шаговый двигатель, благодаря которому можно обеспечить реализацию систем точного позиционирования.

Общие сведения

Существует две разновидности приспособления: униполярный шаговый двигатель и биполярный. Устройство представляет собой синхронный бесщеточный электродвигатель, имеющий одну или несколько обмоток. Ток, который подается на обмотки статора, вызывает фиксацию ротора, благодаря чему осуществляются его дискретные угловые перемещения или шаги.

Первые модели таких приспособлений появились еще в 30-е годы XIX века и представляли собой своеобразный магнит, приводящий в движение храповое колесо. Во время включения оно перемещалось на величину зубцового шага. Раньше механизм использовался на кораблях военного флота Великобритании с целью перемещения торпед в нужную сторону.

Через несколько лет и армия США переняла это приспособление и стала активно применять его в своих военных кораблях и других механизмах. В 1919 году шотландец Уолкер получил патент на двигатель с ротором.

В настоящее время подобные механизмы востребованы и часто применяются. Шаговый мотор используется для обеспечения бесперебойного функционирования шлифовального и фрезерного станков, различных бытовых приборов, производственных механизмов и транспорта, а также жестких дисков персональных компьютеров. Именно поэтому он так востребован. Устройство состоит из нескольких частей:

  • контролер, предназначенный для регулирования работы шагового привода;
  • специальные магнитные части;
  • обмотки;
  • панель, выполняющая роль блока управления;
  • сигнализаторы и передатчики, благодаря которым работа устройства отлаженная и бесперебойная.

Биполярные двигатели имеют только одну обмотку в одной фазе, тогда как униполярные содержат две. Первые считаются более сложными в управлении, но обеспечивают плавную работу устройства.

Принцип работы

Шаговый двигатель работает по простым принципам. Первый этап — приложение напряжения к клеммам. Благодаря этому щетки на самом устройстве начинают постоянно двигаться. Двигатель холостого хода имеет свойство преобразовывать входящие импульсы.

Эти импульсы имеют прямоугольную направленность и преображение идет в заранее определенное положение ведущего вала, который к нему приложен. Вследствие этого вал перемещается под определенным углом. Оснащенные подобным редуктором приспособления довольно эффективны и надежны при условии наличия нескольких электромагнитов. Находиться они должны вокруг центральной детали из железа, имеющей зубчатую форму.

Внешняя цепь, отвечающая за управление, подает сигнал к магниту. При возникновении необходимости повернуть вал в ту или иную сторону тот электромагнит, на который был послан импульс, начинает быстро притягивать к себе зубья колеса. Они постепенно выравниваются с этим элементом, но смещаются по отношению к другим магнитным частям приспособления.

После выключения первого электромагнита включается второй и начинается беспрерывное движение шестеренки. Благодаря этому деталь выравнивается с предыдущим колесом. Такой цикл повторяется необходимое количество раз. Каждый из них и называется постоянным шагом. Именно поэтому двигатель получил такое название. Вычислить скорость его работы можно с помощью подсчета шагов, которые необходимы для обеспечения полного цикла.

Контролировать работу приспособления можно с помощью специального драйвера. Обычно это необходимо в случае настраивания станка или ветрогенератора.

Основные режимы

Изделие функционирует в нескольких режимах, которые предварительно настраиваются в зависимости от потребностей человека. Наиболее распространенными считаются следующие:

  • Волновой режим предполагает протекание электрического тока только через одну обмотку. Сегодня он используется редко, для того чтобы снизить нагрузку на двигатель и количество потребляемой электроэнергии.
  • Полношаговый — используется гораздо чаще и считается стандартным режимом для этого типа двигателя. Напряжение на обмотке при такой работе одинаково и приспособлению требует максимальное напряжение для корректного функционирования.
  • Полушаговый режим — один из оригинальных способов изменить работу приспособления и при этом не затрагивать блок управления. Заключается в одновременном запитывании всех пар обмоток, что приводит к повороту ротора на половину своего обычного шага. Используя этот метод, можно получить двигатель с двойной мощностью при минимальных затратах электроэнергии. Он будет меньше изнашиваться и прослужит дольше, чем тот, что постоянно работает в полношаговом режиме.
  • Микрошаговый режим сегодня считается наиболее часто применяемым при использовании шагового двигателя. Принцип действия заключается в подаче на обмотку не импульса, а сигнала, напоминающего синусоиду по форме. Такой режим делает работу двигателя более плавной, а переход от одного шага к другому незаметным. Благодаря этому уменьшаются рывки и скачки приспособления, оно может функционировать как обычный двигатель постоянного тока.

Последний режим имеет преимущество, поскольку представляет собой скорее метод подпитки двигателя, а не управления обмотками. Именно поэтому может использоваться при волновом или полношаговом способе работы приспособления. Если рассмотреть схему функционирования прибора в микрошаговом режиме, может показаться, что шаги становятся больше. На самом деле это не так, но процесс все равно становится плавным и отсутствуют рывки.

Разновидности приспособления

В зависимости от некоторых деталей различают несколько типов шаговых двигателей. Каждый из них имеет некоторые особенности функционирования.

Двигатель с постоянным магнитом считается наиболее популярным, отличается простотой настройки и эксплуатации. Устройство несет в себе магнит круглой формы, напоминающий диск и имеющий разные полюса. Обмотки статора при включении прибора притягивают и отталкивают магнит на роторе, что и обеспечивает кручение механизма.

При использовании такого типа двигателя величина шага измеряется, и показатель колеблется в пределах 45−90 градусов. Простота применения приспособления делает его востребованным, а длительный срок службы позволяет не думать о частой замене.

Прибор с переменными магнитами

Такие приспособления не имеют на роторе специального магнита. Эта деталь изготовлена из магнитного, мягкого металла, имеет форму зубчатого диска, напоминающего шестеренку. На статоре расположено более четырех разных обмоток. Запитываются они в противоположных парах и притягивают к себе ротор.

Стоит отметить, что величина крутящегося момента несколько снижается, поскольку в устройстве отсутствует постоянный магнит. Это считается недостатком, но есть и достоинство, поскольку при работе приспособления нет момента стопора.

Стопорящий момент заключается во вращении, создаваемом расположенными на роторе постоянными магнитами. Они притягиваются к статору, а именно к его арматуре при отсутствии в обмотках электрического тока. Зафиксировать этот момент просто — необходимо попытаться рукой повернуть двигатель в отключенном состоянии. При этом обычно слышны щелчки на каждом шаге. Диапазон шага в таком двигателе колеблется в пределах 5−15 градусов.

Гибридные модели

Название свое этот тип приспособлений получил из-за особенности работы, которая предполагает сочетание принципов шагового двигателя с постоянными и переменными магнитами. Обладает хорошими удерживающими и динамическими крутящими моментами. Достоинством прибора считается минимальная величина шага, которая не превышает показатель в 5 градусов. Именно благодаря этому обеспечивается максимальная точность.

Механические части приспособления вращаются гораздо быстрее, чем в других моделях с подобным принципом работы. Часто используются в станках для производства. Главным недостатком такого двигателя считается его высокая стоимость.

Известно, что обычный мотор с 8 обмотками будет иметь по 50 положительных и отрицательных полюсов, но произвести такой магнит невозможно. Именно поэтому устройство гибридного двигателя включает в себя 2 магнитных диска, каждый имеет 50 зубцов, а также постоянный магнит цилиндрической формы.

Диски в процессе изготовления прибора привариваются к разным полюсам этого цилиндрического магнита и получается, что один из них на каждом из своих зубьев имеет положительный полюс, а другой — отрицательный. Если смотреть на конструкцию сверху, она выглядит как один диск, имеющий 100 зубьев.

На один оборот такого двигателя приходится 75 шагов, каждый из которых имеет показатель не более, чем 1,5 градуса.

Двухфазные моторы

Двухфазный шаговый двигатель очень прост в использовании, установить его и настроить может даже человек без опыта и соответствующих навыков. Приспособление имеет два типа обмотки для катушек:

  1. Униполярная заключается в установке одной обмотки, а также специального магнитного крана в центре, влияющего на любую фазу. Каждая секция включается для обеспечения необходимого направления магнитного поля. Достоинством этой конструкции считается возможность функционирования без специального переключения. На каждую обмотку понадобится один транзистор, поэтому установка прибора облегчается. На одну фазу приходится три провода, а на выходной сигнал необходимо шесть проводов. Подключать обмотки можно также посредством присоединения проводов с постоянными магнитами. Стоит помнить, что повернуть вал будет непросто при прикосновении клемм. Это связано с тем, что общий провод по длине несколько больше, чем та часть, которая используется для присоединения катушек.
  2. Биполярные типы моторов имеют только одну обмотку. Электрический ток в нее поступает особенным переломным методом посредством полюса, обеспеченного магнитом. На любую фазу приходится два разных провода. Устройство несколько сложнее, чем в униполярных моделях, но эффективность выше.

Существуют также трехфазные двигатели, имеющие узкую область использования: дисководы, различные фрезерные станки, принтеры и некоторые автомобили, где используется необычная заслонка.

Другие типы устройств

Главная особенность реактивных приспособлений — маленький шаг, который достигает не более 1 градуса, а также расположение зубцов, находящихся на полюсах статора. Недостаток такого мотора — отсутствие синхронизирующего момента в случае обесточивания обмоток.

Для изготовления такого прибора понадобится специальный коммутатор, поэтому стоимость его высока. Самостоятельное создание также исключается по причине сложности конструкции.

Синхронные линейные шаговые моторы используются в случае, когда необходимо автоматизировать производственный процесс. Для этого следует обеспечить перемещение объектов в плоскости. С этой целью применяется специальный преобразователь, который изменяет вращательное движение на поступательное. Достичь этого можно путем использования кинематики.

Именно с этой целью и применяется линейный двигатель, преобразующий импульсы в перемещение по одной линии. Помимо автоматизации процесса, приспособление упростит кинематическую схему проводов. В таком приборе статор изготовлен из мягкого магнитного металла, а также имеется постоянный магнит. Стабильная работа двигателя осуществляется при условии постоянной подачи импульсов на обмотки.

Шаговые моторы — универсальные приспособления, обеспечивающие бесперебойное функционирование множества электрических приборов и производственного оборудования.

виды, плюсы, минусы, альтернативы обновлено 22.05.2020 — MULTICUT

Одно из главных отличий современного станка с ЧПУ от «классических» моделей с ручным управлением – отсутствие кинематической связи между механизмами, отвечающими за перемещение рабочих органов и вращение шпинделя. Раздельный привод позволяет отказаться от использования многоступенчатых коробок передач, механических делительных головок, доверить сложные расчеты компьютеру. Но чтобы перемещения были точными, а станок всегда понимал, в какой точке находится режущий инструмент в текущий момент времени, привод должен иметь вполне определенные параметры. В механизмах станка с ЧПУ лучше всего с этими задачами справляются шаговые двигатели: компактные «послушные» в управлении и сравнительно недорогие.

В этой статье мы расскажем о работе этих устройств, постараемся найти их недостатки и подобрать альтернативные варианты.

Как работает шаговый двигатель?

Наиболее важная конструктивная особенность шагового двигателя – явно выраженные магнитные полюса. На статоре их роль играют сердечники обмоток. Ротор выглядит как зубчатое колесо: выступы на его поверхности – это тоже полюса (постоянных магнитов). Благодаря такой конструкции шаговый двигатель способен совершать дискретные угловые перемещения с остановкой в определенном положении. Связанный с ним через передачу винт-гайка узел станка совершает заданное линейное перемещение.

Управляющий сигнал для шагового двигателя представляет собой последовательность импульсов. Их количество кратно числу шагов, которые совершает ротор. Система управления станка знает, сколько импульсов было послано на двигатель, и может посчитать текущее положение исполнительного механизма.

Достоинства и недостатки

У шаговых двигателей обширный перечень преимуществ. Самые важные из них:

  • Доступная стоимость. Такие приводы применяются не только в промышленных станках, но и в бытовой технике. Например, на маломощные самодельные станки часто устанавливают шаговые двигатели, снятые с принтеров.
  • Надежность. Благодаря отсутствию щеток и применению подшипников с избыточным рабочим ресурсом вывести из строя шаговый двигатель достаточно сложно. Перегрузки приводят к пропуску шагов, но не повреждают двигатель.
  • Высокая скорость отклика на управляющий сигнал. Старт, торможение и реверсирование происходят практически мгновенно из-за того, что максимальный момент двигатель развивает при скоростях, близких к нулю.

Есть у таких приводов и недостатки:

  • На обмотках двигателя всегда есть напряжение, то есть он постоянно потребляет энергию.
  • Крутящий момент зависит от частоты вращения, и на высоких скоростях он значительно падает.
  • Эффект резонанса — падение момента на некоторых частотах вращения. При чем резонансная частота непостоянна и зависит от величины нагрузки.
  • При пропуске шагов система ЧПУ не сможет правильно определить положение исполнительного механизма, если шаговый привод работает без обратной связи.

Типы шаговых приводов

Существует два типа шаговых приводов:

  • Униполярные. Обмотки статора имеют от 5 до 8 выводов. Двигатель включается в работу посредством их коммутации при помощи простейшего драйвера с четырьмя ключами.
  • Биполярные. В таком моторе всего 4 вывода, и для изменения параметров магнитного поля им нужна более сложная система управления.

Биполярные двигатели развивают большие моменты на валу, чем униполярные, при сравнимых массово-габаритных характеристиках, поэтому их в станках с ЧПУ можно увидеть значительно чаще.

Как выбрать шаговый двигатель для ЧПУ станка?

Самостоятельный выбор шагового двигателя для ЧПУ станка привода — работа сложная и требующая точных расчетов. Он должен преодолеть силу трения в ШВП или передаче винт-гайка, инерцию портала и рабочую нагрузку, которая зависит от свойств обрабатываемой детали и режима резания. Также нужно учесть геометрические параметры присоединительного фланца, вала и корпуса. Важный момент – анализ графика зависимости крутящего момента от частоты вращения. Именно здесь ошибки приводят к пропуску шагов.

Тем, кто все же решился собрать станок самостоятельно, мы рекомендуем посмотреть характеристики приводов готовых моделей, близких по размерам и поставленным задачам.

Альтернативные варианты

Единственный конкурент шагового двигателя в ЧПУ станке — сервомотор. Его установка требует реализации более сложной схемы управления с обратной связью (энкодером). Есть у него и другие недостатки. Выбор между сервоприводом и шаговым двигателем для ЧПУ станка вызывает много вопросов у начинающих станочников и споров на форумах. Чтобы определить оптимальный состав привода, нужно учесть следующие факторы:

  1. Стоимость. При жестких ограничениях в бюджете широкий выбор отсутствует в принципе, и считается, что шаговый двигатель значительно дешевле сервомотора. Но это справедливо для устройств небольших типоразмеров. Чем больше мощность, тем меньше разница в цене, а у некоторых крупных моделей стоимость моторов обоих типов сопоставима.
  2. Массово-габаритные характеристики станка. Чем больше станок, тем большая мощность нужна для перемещения рабочих органов. Склонность к резонансным явлениям сильнее проявляется у мощных шаговых двигателей, что может привести к пропуску шагов и снижению точности обработки. Для фрезерных станков с ЧПУ рекомендуется выбирать серводвигатели, если масса портала превышает 50 кг.
  3. Сложность настройки. Схемы приводов с обратной связью требуют точной наладки и высокой квалификации оператора. Если требуется самое простое решение, оптимальным выбором для станка с ЧПУ будет шаговый двигатель.
  4. Вероятность перегрузок и заклинивания. Считается, что при заклинивании серводвигатель обязательно выйдет из строя. Это не совсем так. Если станок настроен правильно, драйвер не пошлет сигнал на повторную отработку перемещения, выполнение программы прекратится, и стойка перейдет в режим ожидания до вмешательства оператора или наладчика. Шаговые двигатели при перегрузке могут пропустить несколько шагов. Из-за отсутствия обратной связи СЧПУ не узнает об этом и продолжит отсчитывать шаги дальше. Пропуск нескольких шагов при кратковременном заклинивании – это бракованная деталь на выходе. Потеря шагов также возможна при внешних вибрационных воздействиях и ударах.
  5. Скорость перемещения. В массивных ЧПУ станках с шаговыми двигателями скорость движения портала обычно не превышает 9 м/мин. Если материал заготовки и режущий инструмент позволяют назначить режим обработки на более высоких скоростях, то мотор будет «узким местом», ограничивающим производительность. Тот же портал с приводом от серводвигателя аналогичного типоразмера сможет развить скорость до 60 м/мин.
  6. Рабочие ускорения. Чрезмерный разгон шагового двигателя неизбежно приведет к пропуску шагов. Если предполагается работа на высоких ускорениях, лучше выбрать сервомотор.
  7. Нагрузка на передачу в момент остановки. В тяжелых станках с ЧПУ шаговые двигатели часто устанавливают на механизмы вертикального перемещения шпинделя. Ротор затормаживается магнитными силами после остановки. Сервопривод в остановленном положении совершает колебания, что очень нежелательно. Шаговый двигатель хорошо ведет себя в механизмах поворота заготовки (4-ой оси), кода требуется удерживать ее в стационарном положении.

Какие двигатели применяются в станках MULTICUT?

Надежность конструкции – основной критерий, по которому инженеры компании MULTICUT оценивают комплектующие для станков от сторонних производителей. В выборе двигателей для механизмов перемещения не допускаются компромиссы в качестве.

По умолчанию на все станки устанавливаются шаговые приводы MIGE и контроллеры YAKO. Базовая комплектация выбрана исходя из пожеланий заказчиков и анализа оборудования конкурентов. Приводы демонстрируют высокие крутящие моменты и динамику. Станок стабильно работает на ускорениях до 1,5 м/с2. Двигатели работают в микрошаговом режиме с точностью 300 шагов на оборот. В сочетании с редуктором с передаточным отношением 5 аппаратная точность позиционирования составляет 6 мкм. «Шаговость» никак не отражается даже на самых мелких деталях.

В качестве опции заказчику предлагаются сервоприводы DELTA серии ASDA-B2. Эти двигатели отличаются отличной управляемостью: положение, момент и скорость могут регулироваться сигналом задания. По динамическим характеристикам эти моторы значительно превосходят более дорогие аналоги. Разгон от -3000 до + 3000 оборотов в минуту на холстом перемещении составляет около 10 мс. В тех моделях, которые мы устанавливаем на станки, есть тормозной резистор. В энкодер с разрешением 160000 импульсов на оборот встроен цифровой модуль управления, который позволяет оперативно выполнить конфигурирование мотора.

Если станок рассчитан на работу в высоконагруженных режимах, от него требуется хорошая производительность, то мы рекомендуем выбирать сервоприводы ESTUN. Интеллектуальные силовые модули промышленного класса, используемые в конструкции двигателей, позволяют им выдерживать перегрузки по току, развивать высокие моменты во время пуска. Производитель реализовал функцию подавления вибрации, сделал настройку простой и удобной, а двигатель — отзывчивым и точным в работе.

На настольные станки 500-й серии мы устанавливаем привода мощностью 200 Вт (на каждую ось). В базовой комплектации крупногабаритных моделей мощность шаговых двигателей составляет 400 Вт. Для всех серий станков в сервоисполнении мы предлагаем моторы мощностью 0,75 и 1 кВт.

Чтобы получить консультации по вопросам выбора и комплектации станков MULTICUT, позвоните по контактному телефону в вашем регионе.

Шаговый двигатель - RepRap

Шаговый двигатель

Vitamin

Оригинальный RepRap, Darwin, использовал этот шаговый двигатель (размер NEMA 23).

Шаговый двигатель - это один из видов электродвигателей, используемых в робототехнике. Шаговые двигатели перемещаются с известным интервалом для каждого импульса мощности. Эти импульсы мощности вырабатываются драйвером шагового двигателя и называются шаговыми. Поскольку каждый шаг перемещает двигатель на известное расстояние, это делает его удобными устройствами для повторяемого позиционирования. В Википедии есть хорошая статья, объясняющая технологию, лежащую в основе шаговых двигателей.В этой статье показана механическая работа шагового двигателя.

Недвижимость

Угол ступени

Шаговые двигатели имеют угол шага. Полный круг в 360 °, деленный на угол шага, дает количество шагов на оборот. Например, 1,8 ° на полный шаг - это общий размер шага, эквивалентный 200 шагов на оборот .

Большинство шаговых двигателей, используемых для Mendel, имеют угол шага 1,8 градуса. Иногда можно использовать двигатели с большими углами шага, однако, чтобы печать была точной, их необходимо настроить для уменьшения угла перемещения за шаг, что может привести к снижению максимальной скорости.

Микрошаговый

Шаговый двигатель всегда имеет фиксированное количество шагов. Микрошаг - это способ увеличения количества шагов путем отправки синусоидальной / косинусоидальной волны на катушки внутри шагового двигателя. В большинстве случаев микрошаговый режим позволяет шаговым двигателям работать более плавно и точно.

Микрошаговое переключение между полюсными положениями выполняется с меньшим крутящим моментом, чем при полном шаге, но имеет гораздо меньшую тенденцию к механическим колебаниям вокруг ступенчатых положений, и вы можете двигаться с гораздо более высокими частотами.

Если ваши моторы близки к механическим ограничениям и у вас высокое трение или динамика, микрошаги не дают вам большей точности, чем полушаги. Когда ваши двигатели «перегружены» и / или у вас мало трения, микрошаговый режим может дать вам гораздо более высокую точность, чем полушаговый. Вы также можете перенести более высокую точность позиционирования на точность перемещения.

Биполярный

Две катушки биполярного двигателя.

Биполярный относится к внутренним компонентам двигателя, и каждый тип имеет отдельную плату шагового драйвера для управления ими.Теоретически RepRap может использовать униполярный двигатель, но на практике большинство из них являются биполярными. Эти же двигатели мы используем в проектах Менделя и Дарвина RepRap Project.

Биполярные двигатели - это самый мощный тип шаговых двигателей. Вы идентифицируете их, считая лиды - их должно быть четыре или восемь. У них есть две катушки внутри, и шаг двигателя по кругу достигается за счет подачи питания на катушки и изменения направления тока внутри этих катушек. Для этого требуется более сложная электроника, чем для униполярного двигателя, поэтому мы используем специальный чип драйвера, который позаботится обо всем этом за нас.Некоторые конструкции (восьмипроводные) разделяют каждую катушку посередине, поэтому вы можете подключить двигатель либо как биполярный (закоротить середины), либо как однополярный (закоротить середины и рассматривать перемычку как центральный ответвитель - см. Ниже).

Униполярный

Две катушки униполярного двигателя, каждая с центральным отводом.

Униполярные двигатели также имеют две катушки, но каждая имеет центральный отвод. Их легко узнать, потому что у них 5, 6 или даже 8 отведений. Можно управлять 6- или 8-выводными униполярными двигателями как биполярными, если игнорировать провода центрального отвода.К 5-выводному двигателю подключены оба центральных ответвителя, поэтому для их повторного подключения к 4-выводному двигателю требуется как минимум открыть двигатель, если это вообще возможно.

Основная прелесть униполярных двигателей заключается в том, что вы можете переключать их, не меняя направление тока в какой-либо катушке, что упрощает электронику. Некоторые ранние прототипы RepRap использовали этот прием. Поскольку центральный отвод используется для подачи питания только на половину каждой катушки за раз, униполярные двигатели обычно имеют меньший крутящий момент, чем биполярные двигатели.

Удерживающий момент

Шаговые двигатели

не обладают таким большим крутящим моментом или удерживающей силой, как сопоставимые серводвигатели постоянного тока или редукторные двигатели постоянного тока. Их преимущество перед этими двигателями - позиционное управление. В то время как для двигателей постоянного тока требуется механизм обратной связи с обратной связью, а также

Сравнение электродвигателей

(постоянный ток, сервопривод и шаговый двигатель)

Нужен двигатель для вашего проекта, но вы не уверены, какой тип выбрать? Мы предлагаем несколько различных разновидностей функциональных плат для управления двигателем.Мы надеемся, что это краткое изложение разницы между двигателями постоянного тока, сервоприводами и шаговыми двигателями поможет вам решить, какой двигатель лучше всего подходит для использования!

Двигатели постоянного тока

Двигатели постоянного тока (постоянного тока) двухпроводные (питание и заземление), двигатели постоянного вращения. Когда эти провода подключены к источникам питания, двигатель постоянного тока начинает вращаться, пока это питание не будет отключено. Большинство двигателей постоянного тока работают на высоких оборотах (оборотов в минуту). Двигатели постоянного тока могут использоваться для охлаждающих вентиляторов компьютеров, радиоуправляемых автомобилей или других автомобильных приложений.

В основном скорость двигателей постоянного тока регулируется с помощью широтно-импульсной модуляции (ШИМ). Используя эту технику, мы быстро включаем и выключаем питание. Процент времени, затраченного на переключение соотношения включения / выключения, определяет скорость двигателя. Например, если мощность циклически изменяется на 50% (половина включена, половина выключена), то двигатель будет вращаться на половине скорости вашей максимальной скорости (полностью включен). Каждый импульс настолько быстр, что кажется, что двигатель непрерывно вращается без заиканий.

Серводвигатели

Мы можем говорить о серводвигателях как о сборке из четырех элементов: двигателя постоянного тока, зубчатой ​​передачи, цепи управления и датчика положения (обычно потенциометра).

В промышленности серводвигатели известны как двигатели, которыми можно управлять наиболее точно. По сравнению со стандартными двигателями постоянного тока сервоприводы обычно имеют три провода (питание, заземление и управление). Питание серводвигателей подается постоянно. Сервоконтроллер регулирует потребляемый ток для привода двигателя. Эти двигатели предназначены для решения более конкретных задач, когда необходимо определить положение. Кроме того, серводвигатели используются для точных задач, например, для перемещения руки или ноги робота в пределах определенного диапазона, перемещения камеры к определенному объекту и т. Д.

Хотя мы должны упомянуть, что серводвигатели не вращаются свободно, как стандартный двигатель постоянного тока, если только они не модифицированы для непрерывного вращения. У двигателей этого типа нет ограничения на диапазон движения, и вместо того, чтобы входной сигнал определял, в какое положение должен вращаться сервопривод, сервопривод непрерывного вращения связывает входные данные со скоростью и направлением выхода. Однако для большинства серводвигателей угол поворота ограничен 180 градусами вперед и назад. Серводвигатель получает управляющий сигнал, который представляет собой выходное положение, и подает питание на двигатель постоянного тока, пока вал не повернется в точное положение, определяемое датчиком положения.

В отличие от двигателей постоянного тока, для управления серводвигателем используется сигнал ШИМ. Длительность положительного импульса, который определяет положение, а не скорость сервовала. Значение нейтрального импульса, зависящее от сервопривода (обычно около 1,5 мс), удерживает вал сервопривода в центральном положении. Увеличение значения этого импульса заставит сервопривод вращаться по часовой стрелке, а более короткий импульс повернёт вал против часовой стрелки. Импульс сервоуправления обычно повторяется каждые 20 миллисекунд (зависит от серводвигателя).Мы всегда должны указывать сервоприводу, куда идти, даже если это означает оставаться в том же положении.

Когда сервопривод получает команду на перемещение, он переместится в положение и будет пытаться сохранить это положение, даже если на него будет воздействовать внешняя сила.

Шаговые двигатели

Шаговый двигатель - это, по сути, серводвигатель, в котором используется другой метод управления. В шаговых двигателях используется несколько зубчатых электромагнитов, расположенных вокруг центральной шестерни для определения положения.

Для управления шаговым двигателем нам нужна внешняя схема управления или микроконтроллер (например, Raspberry Pi или Arduino) для индивидуального питания каждого электромагнита и вращения вала двигателя. Когда первый «A» и второй «B» электромагниты включены, вал двигателя совмещается между ними. Когда «A» выключен, а «B» включен, шестерня вращается, чтобы выровняться с магнитом «B». С каждым электромагнитом вокруг шестерни мы включаем и выключаем их по очереди, чтобы создать вращение. Каждый поворот от одного электромагнита к другому называется «шагом», и, таким образом, двигатель можно поворачивать на точно заданные углы шага посредством полного вращения на 360 градусов.

Конструкция шагового двигателя обеспечивает постоянный удерживающий момент без необходимости включения двигателя.

г

Резюме

Это краткий обзор преимуществ и недостатков двигателей постоянного тока, шаговых и серводвигателей. Надеюсь, это поможет вам сделать более осознанный выбор в соответствии с потребностями вашего проекта.

Двигатели постоянного тока:

Быстрое, непрерывное вращение. Наконец, они используются для всего, что нужно вращать на высоких оборотах e.г. автомобильные колеса, вентиляторы, дрели и т. д.

Сервомоторы:

Может быть очень быстрым, с высоким крутящим моментом, очень точным вращением в пределах ограниченного угла. Обычно это высокопроизводительная альтернатива шаговым двигателям, но более сложная настройка с настройкой PWM. Подходит для рук / ног роботов и т. Д. Сервоприводы требуют механизма обратной связи и вспомогательной схемы для управления позиционированием.

Шаговые двигатели:

Довольно медленное, точное вращение, простая настройка и управление. Преимущество перед серводвигателями в позиционном управлении, где угол поворота не ограничивает.Шаговые двигатели подходят для 3D-принтеров и аналогичных устройств, где положение является основным.

Шаговый двигатель против сервопривода: вердикт

Сервосистемы управления лучше всего подходят для высокоскоростных приложений с высоким крутящим моментом, которые связаны с динамическими изменениями нагрузки. Системы шагового управления менее дороги и оптимальны для приложений, требующих от низкого до среднего ускорения, высокого удерживающего момента и гибкости работы с открытым или закрытым контуром.

определение stepper_motor и синонимов stepper_motor (английский)

Анимация упрощенного шагового двигателя (униполярный)
Frame 1: Включается верхний электромагнит (1), притягивая ближайшие зубья зубчатого железного ротора.Если зубцы выровнены по отношению к электромагниту 1, они будут немного смещены относительно электромагнита 2.
Рама 2: Верхний электромагнит (1) выключен, а правый электромагнит (2) находится под напряжением, подтягивая зубцы до совмещения с ним. . В этом примере это приводит к повороту на 3,6 °.
Рамка 3: Нижний электромагнит (3) находится под напряжением; происходит еще одно вращение на 3,6 °.
Рама 4: На левый электромагнит (4) подается питание, и он снова вращается на 3,6 °. Когда верхний электромагнит (1) снова будет включен, ротор повернется на одно положение зуба; поскольку имеется 25 зубцов, в этом примере для полного вращения потребуется 100 шагов.

Шаговый двигатель (или шаговый двигатель ) - это бесщеточный электродвигатель постоянного тока, который делит полный оборот на ряд равных шагов. Затем можно дать команду двигателю двигаться и удерживаться на одном из этих этапов без какого-либо датчика обратной связи (контроллер с разомкнутым контуром), пока двигатель точно подобран для приложения.

Импульсные реактивные двигатели - это очень большие шаговые двигатели с уменьшенным числом полюсов и, как правило, с коммутацией по замкнутому контуру.

Основы работы

Шаговый двигатель

Биполярный гибридный шаговый двигатель

Щеточные двигатели

постоянного тока непрерывно вращаются, когда на их клеммы подается напряжение. Шаговые двигатели, с другой стороны, фактически имеют несколько «зубчатых» электромагнитов, расположенных вокруг куска железа в форме центральной шестерни. Электромагниты получают питание от внешней цепи управления, например микроконтроллера. Чтобы заставить вал двигателя вращаться, сначала на один электромагнит подается мощность, которая заставляет зубья шестерни магнитно притягиваться к зубцам электромагнита.Когда зубья шестерни совмещены с первым электромагнитом, они немного смещены относительно следующего электромагнита. Поэтому, когда следующий электромагнит включается, а первый выключается, шестерня слегка поворачивается, чтобы выровняться со следующей, и оттуда процесс повторяется. Каждое из этих небольших поворотов называется «шагом», когда целое число шагов совершает полный оборот. Таким образом, двигатель можно повернуть на точный угол.

Характеристики шагового двигателя

  • Шаговые двигатели - это устройства постоянной мощности.
  • По мере увеличения скорости двигателя крутящий момент уменьшается. Большинство двигателей демонстрируют максимальный крутящий момент в неподвижном состоянии, однако крутящий момент двигателя в неподвижном состоянии (удерживающий момент) определяет способность двигателя сохранять желаемое положение при внешней нагрузке. Кривая крутящего момента может быть расширена за счет использования драйверов с ограничением тока и увеличения управляющего напряжения (иногда называемого схемой «чоппер»; есть несколько готовых микросхем драйверов, способных сделать это простым способом).
  • Шаговые двигатели демонстрируют большую вибрацию, чем двигатели других типов, поскольку дискретный шаг имеет тенденцию перемещать ротор из одного положения в другое (так называемый фиксатор). Вибрация делает шаговые двигатели более шумными, чем двигатели постоянного тока. Эта вибрация может стать очень сильной на некоторых скоростях и может привести к потере крутящего момента двигателя или потере направления. Это потому, что ротор удерживается в магнитном поле, которое ведет себя как пружина. На каждом шаге ротор пролетает мимо и отскакивает назад и вперед, «звеня» на своей резонансной частоте.Если частота шага совпадает с резонансной частотой, тогда звук увеличивается, и двигатель теряет синхронизм, что приводит к ошибке позиционирования или изменению направления. В худшем случае происходит полная потеря управления и удерживающего момента, поэтому двигатель легко преодолевается нагрузкой и почти свободно вращается. Эффект может быть уменьшен за счет быстрого ускорения в диапазоне проблемных скоростей, физического демпфирования (демпфирования трения) системы или использования микрошагового драйвера. Двигатели с большим числом фаз также демонстрируют более плавную работу, чем двигатели с меньшим количеством фаз (этого также можно достичь за счет использования микрошагового драйвера).
  • Шаговые двигатели с катушками с большей индуктивностью обеспечивают больший крутящий момент на низких скоростях и более низкий крутящий момент на высоких скоростях по сравнению с шаговыми двигателями с катушками с меньшей индуктивностью.

Коммутация без обратной связи и с обратной связью

Шаговые двигатели обычно коммутируются (электрически переключаются) с помощью электроники с «разомкнутым контуром», то есть у драйвера нет обратной связи о том, где на самом деле находится ротор. Таким образом, системы шаговых двигателей, как правило, должны быть чрезмерно спроектированы, особенно если инерция нагрузки высока или нагрузка сильно варьируется, так что нет возможности, что двигатель потеряет шаги.Это часто заставляло проектировщика системы рассматривать компромисс между компактной, но дорогой системой сервомеханизма и негабаритным, но относительно дешевым шаговым двигателем.

Новой разработкой в ​​пошаговом управлении является включение обратной связи по положению ротора (например, энкодера или резольвера), так что коммутация может быть оптимальной для создания крутящего момента в соответствии с фактическим положением ротора. Это превращает шаговый двигатель в бесщеточный серводвигатель с большим числом полюсов, с исключительно низким крутящим моментом и разрешением положения.Прогресс в этой технике состоит в том, чтобы нормально запускать двигатель в режиме разомкнутого контура и переходить в режим замкнутого контура только в том случае, если ошибка положения ротора становится слишком большой - это позволит системе избежать колебаний или колебаний, что является распространенной проблемой сервопривода.

Типы

Существует четыре основных типа шаговых двигателей: [1]

  1. Шаговый двигатель с постоянным магнитом (может быть разделен на «консервную банку» и «гибрид», жестяная банка является более дешевым продуктом и гибридом с более качественными подшипниками, меньшим углом шага, более высокой удельной мощностью)
  2. Гибридный синхронный шаговый
  3. Шаговый двигатель с регулируемым сопротивлением
  4. Шаговый двигатель типа Лаве

Двигатели с постоянными магнитами используют постоянный магнит (PM) в роторе и работают за счет притяжения или отталкивания между PM ротора и электромагнитами статора.Двигатели с переменным сопротивлением (VR) имеют ротор из простого железа и работают по принципу, согласно которому минимальное сопротивление достигается при минимальном зазоре, следовательно, точки ротора притягиваются к полюсам магнита статора. Гибридные шаговые двигатели названы так потому, что в них используется комбинация методов PM и VR для достижения максимальной мощности при небольшом размере корпуса.

Двухфазные шаговые двигатели

В двухфазном шаговом двигателе существует два основных устройства намотки электромагнитных катушек: биполярное и униполярное.

Однополярные двигатели

Униполярный шаговый двигатель имеет одну обмотку с центральным выводом на фазу. Каждая секция обмоток включается для каждого направления магнитного поля. Поскольку в этом устройстве магнитный полюс можно перевернуть без переключения направления тока, схему коммутации можно сделать очень простой (например, с одним транзистором) для каждой обмотки. Обычно для данной фазы центральный ответвитель каждой обмотки делается общим: это дает три вывода на фазу и шесть выводов для типичного двухфазного двигателя.Часто эти две общие фазы соединены внутри, поэтому у двигателя всего пять выводов.

Можно использовать микроконтроллер или контроллер шагового двигателя для активации управляющих транзисторов в правильном порядке, и эта простота в эксплуатации делает униполярные двигатели популярными среди любителей; вероятно, это самый дешевый способ получить точные угловые перемещения.

Катушки униполярного шагового двигателя

(Для экспериментатора обмотки можно идентифицировать, соприкоснув вместе клеммные провода в двигателях с постоянными магнитами.Если выводы катушки соединены, вал поворачивать становится труднее. Один из способов отличить центральный отвод (общий провод) от провода на конце катушки - это измерить сопротивление. Сопротивление между общим проводом и проводом на конце катушки всегда вдвое меньше, чем между проводом на конце и на конце катушки. Это связано с тем, что длина катушки в два раза больше между концами и только половина от центра (общий провод) до конца.) Быстрый способ определить, работает ли шаговый двигатель, - это закоротить каждые две пары и попытаться провернуть вал , всякий раз, когда чувствуется более высокое, чем обычно, сопротивление, это означает, что цепь конкретной обмотки замкнута и фаза исправна.

Биполярный двигатель

Биполярные двигатели имеют по одной обмотке на фазу. Ток в обмотке должен быть реверсирован, чтобы перевернуть магнитный полюс, поэтому схема управления должна быть более сложной, обычно с Н-мостовой схемой (однако есть несколько готовых микросхем драйверов, чтобы сделать это простым делом. ). На каждую фазу приходится два вывода, ни одного общего.

Эффекты статического трения при использовании H-образного моста наблюдались с некоторыми топологиями привода. [2]

Смешение шагового сигнала на более высокой частоте, на которую двигатель не может реагировать, уменьшит этот эффект «статического трения».

Поскольку обмотки используются лучше, они более мощные, чем униполярный двигатель того же веса. Это связано с физическим пространством, занимаемым обмотками. У униполярного двигателя вдвое больше проводов в том же пространстве, но в любой момент времени используется только половина, следовательно, его КПД составляет 50% (или примерно 70% доступного крутящего момента).Хотя биполярным шаговым двигателем управлять сложнее, обилие микросхем драйверов означает, что этого добиться гораздо проще.

8-выводный шаговый двигатель намотан как униполярный шаговый двигатель, но выводы не имеют общего внутреннего соединения с двигателем. Этот двигатель может быть подключен в нескольких конфигурациях:

  • Униполярный.
  • Биполярный с последовательными обмотками. Это дает более высокую индуктивность, но меньший ток на обмотку.
  • Биполярный с параллельными обмотками.Это требует более высокого тока, но может работать лучше, поскольку индуктивность обмотки уменьшается.
  • Биполярный с одной обмоткой на фазу. Этот метод запустит двигатель только на половине имеющихся обмоток, что уменьшит доступный крутящий момент на низкой скорости, но потребует меньшего тока.

Шаговые двигатели с большим числом фаз

Многофазные шаговые двигатели с большим количеством фаз, как правило, имеют гораздо более низкий уровень вибрации, [3] , хотя стоимость производства выше.Эти двигатели, как правило, называются «гибридными» и имеют более дорогие детали, а также подшипники более высокого качества. Хотя они более дорогие, они имеют более высокую удельную мощность и с соответствующей приводной электроникой на самом деле лучше подходят для приложения [требуется ссылка ] , однако цена всегда является важным фактором. Компьютерные принтеры могут использовать гибридные конструкции.

Цепи привода шагового двигателя

Шаговый двигатель с приводной схемой

Характеристики шагового двигателя сильно зависят от схемы привода.Кривые крутящего момента могут быть расширены до более высоких скоростей, если полюса статора можно реверсировать быстрее, при этом ограничивающим фактором является индуктивность обмотки. Чтобы преодолеть индуктивность и быстро переключить обмотки, необходимо увеличить напряжение привода. Это дополнительно ведет к необходимости ограничения тока, который в противном случае может вызвать такое высокое напряжение.

Цепи привода L / R

Цепи управления

L / R также называются приводами с постоянным напряжением, потому что постоянное положительное или отрицательное напряжение прикладывается к каждой обмотке для установки положений шага.Однако именно ток обмотки, а не напряжение, передает крутящий момент на вал шагового двигателя. Ток I в каждой обмотке связан с приложенным напряжением V индуктивностью обмотки L и сопротивлением обмотки R. Сопротивление R определяет максимальный ток согласно закону Ома I = V / R. Индуктивность L определяет максимальную скорость изменения тока в обмотке в соответствии с формулой для индуктора dI / dt = V / L. Таким образом, при управлении приводом L / R максимальная скорость шагового двигателя ограничена его индуктивностью, поскольку на некоторой скорости напряжение U будет изменяться быстрее, чем ток I.Проще говоря, скорость изменения тока равна L / R (например, для индуктивности 10 мГн с сопротивлением 2 Ом потребуется 5 мс для достижения примерно 2/3 максимального крутящего момента или примерно 24 мс для достижения 99% максимального крутящего момента). Для получения высокого крутящего момента на высоких скоростях требуется большое напряжение привода с низким сопротивлением и низкой индуктивностью. С приводом L / R можно управлять резистивным двигателем низкого напряжения с приводом более высокого напряжения, просто добавляя внешний резистор последовательно с каждой обмоткой. Это приведет к потере мощности резисторов и выделению тепла.Поэтому это считается малоэффективным вариантом, хотя и простым и дешевым.

Цепи привода прерывателя

Цепи привода прерывателя

называются приводами постоянного тока, потому что они генерируют постоянный ток в каждой обмотке, а не прикладывают постоянное напряжение. На каждой новой ступени сначала на обмотку подается очень высокое напряжение. Это приводит к быстрому увеличению тока в обмотке, поскольку dI / dt = V / L, где V очень велико. Ток в каждой обмотке контролируется контроллером, обычно путем измерения напряжения на небольшом сенсорном резисторе, включенном последовательно с каждой обмоткой.Когда ток превышает заданный предел тока, напряжение отключается или «прерывается», обычно с использованием силовых транзисторов. Когда ток в обмотке падает ниже заданного предела, напряжение снова включается. Таким образом, ток остается относительно постоянным для определенного положения ступени. Для этого требуется дополнительная электроника для определения токов обмоток и управления переключением, но это позволяет шаговым двигателям приводить в действие более высокий крутящий момент на более высоких скоростях, чем приводы L / R. Встроенная электроника для этой цели широко доступна.

Осциллограммы фазного тока

Шаговый двигатель - это многофазный синхронный двигатель переменного тока (см. Теорию ниже), который в идеале приводится в действие синусоидальным током. Форма волны полного шага является грубым приближением к синусоиде и является причиной того, что двигатель демонстрирует такую ​​большую вибрацию. Для лучшего приближения синусоидальной формы волны возбуждения были разработаны различные методы возбуждения: это полушаговый и микрошаговый.

Различные режимы привода, показывающие ток обмотки 4-фазного униполярного шагового двигателя

Волновой привод

В этом методе привода одновременно активируется только одна фаза.Он имеет такое же количество ступеней, что и полный шаговый привод, но двигатель будет иметь крутящий момент значительно меньше номинального. Используется редко.

Полный шаговый привод (две фазы включены)

Это обычный метод полного шага двигателя. Всегда включены две фазы. Двигатель будет иметь полный номинальный крутящий момент.

Полушаг

При половинном шаге привод переключает включение двух фаз и включения одной фазы. Это увеличивает угловое разрешение, но двигатель также имеет меньший крутящий момент (примерно 70%) в положении полушага (когда включена только одна фаза).Это можно уменьшить, увеличив ток в активной обмотке для компенсации. Преимущество полушага заключается в том, что электроника привода не требует изменений, чтобы поддерживать его.

Микрошаговый

То, что обычно называют микрошагом, часто называют «микрошагом синусоидального косинуса», при котором ток в обмотке приближается к синусоидальной форме волны переменного тока. Микрошаговый синус-косинус является наиболее распространенной формой, но могут использоваться и другие формы сигналов [2]. Независимо от используемой формы сигнала, когда микрошаги становятся меньше, работа двигателя становится более плавной, что значительно снижает резонанс в любых частях, к которым двигатель может быть подключен, а также в самом двигателе.Разрешение будет ограничено механическим заеданием, люфтом и другими источниками ошибок между двигателем и конечным устройством. Редукторы могут использоваться для увеличения разрешения позиционирования.

Повторяемость размера шага - важная особенность шаговых двигателей и основная причина их использования при позиционировании.

Пример: многие современные гибридные шаговые двигатели рассчитаны таким образом, что ход каждого полного шага (например, 1,8 градуса на полный шаг или 200 полных шагов за оборот) будет в пределах 3% или 5% хода каждого второго полного шага; пока двигатель работает в указанных рабочих диапазонах.Некоторые производители показывают, что их двигатели могут легко поддерживать 3% или 5% равенство размера шага, поскольку размер шага уменьшается с полного шага до 1/10 шага. Затем, когда число делителя микрошага увеличивается, повторяемость размера шага ухудшается. При большом уменьшении размера шага можно подать множество команд микрошага до того, как вообще произойдет какое-либо движение, и тогда движение может быть «прыжком» в новую позицию.

Теория

Шаговый двигатель можно рассматривать как синхронный двигатель переменного тока с увеличенным числом полюсов (как на роторе, так и на статоре), следя за тем, чтобы у них не было общего знаменателя.Кроме того, магнитомягкий материал с множеством зубцов на роторе и статоре позволяет дешево увеличить количество полюсов (реактивный двигатель). Современные степперы имеют гибридную конструкцию, имеют как постоянные магниты, так и сердечники из мягкого железа.

Для достижения полного номинального момента катушки в шаговом двигателе должны достигать своего полного номинального тока на каждом шаге. Индуктивность обмотки и обратная ЭДС, генерируемые движущимся ротором, имеют тенденцию сопротивляться изменениям тока возбуждения, поэтому по мере увеличения скорости двигателя все меньше и меньше времени тратится на полный ток, что снижает крутящий момент двигателя.При дальнейшем увеличении скорости ток не достигнет номинального значения, и в конечном итоге двигатель перестанет создавать крутящий момент.

Момент затяжки

Это мера крутящего момента, создаваемого шаговым двигателем, когда он работает без состояния ускорения. На низких скоростях шаговый двигатель может синхронизироваться с приложенной частотой шага, и этот момент втягивания должен преодолевать трение и инерцию. Важно убедиться, что нагрузка на двигатель фрикционная, а не инерционная, поскольку трение снижает любые нежелательные колебания.

Момент отрыва

Вытяжной момент шагового двигателя измеряется путем разгона двигателя до желаемой скорости и последующего увеличения крутящего момента до тех пор, пока двигатель не остановится или не пропустит шаги. Это измерение проводится в широком диапазоне скоростей, и результаты используются для построения кривой динамических характеристик шагового двигателя. Как отмечено ниже, на эту кривую влияют напряжение возбуждения, ток возбуждения и методы переключения тока. Разработчик может включить коэффициент безопасности между номинальным крутящим моментом и расчетным крутящим моментом при полной нагрузке, необходимым для данного приложения.

Момент фиксации

Синхронные электродвигатели, использующие постоянные магниты, имеют остаточный момент удержания положения (называемый моментом фиксации или зубчатым зацеплением и иногда включаемый в технические характеристики), когда они не приводятся в действие электрическим током. Магнитные сердечники из мягкого железа не проявляют такого поведения.

Характеристики и характеристики шагового двигателя

На паспортных табличках шаговых двигателей

обычно указывается только ток обмотки, а иногда и напряжение и сопротивление обмотки. Номинальное напряжение будет обеспечивать номинальный ток обмотки при постоянном токе: но в большинстве случаев это бессмысленный номинал, поскольку все современные драйверы ограничивают ток, а напряжения привода значительно превышают номинальное напряжение двигателя.

Крутящий момент на низкой скорости шагового двигателя будет напрямую зависеть от тока. Скорость падения крутящего момента на более высоких скоростях зависит от индуктивности обмотки и схемы возбуждения, к которой она подключена, особенно от управляющего напряжения.

Шаговые двигатели

должны иметь размер в соответствии с опубликованной кривой крутящего момента, которая указана производителем при определенных значениях напряжения привода или с использованием их собственной схемы привода.

Приложения

Шаговые двигатели с компьютерным управлением - это тип системы позиционирования с управлением движением.Как правило, они управляются цифровым способом как часть разомкнутой системы для использования в приложениях для удержания или позиционирования.

В области лазеров и оптики они часто используются в оборудовании для точного позиционирования, таком как линейные приводы, линейные ступени, ступени вращения, гониометры и крепления для зеркал. Другие применения - в упаковочном оборудовании и позиционировании пилотных ступеней клапана для систем управления текучей средой.

В коммерческих целях шаговые двигатели используются в дисководах для гибких дисков, планшетных сканерах, компьютерных принтерах, плоттерах, игровых автоматах, сканерах изображений, приводах компакт-дисков, интеллектуальном освещении и многих других устройствах.

Система шагового двигателя

Система шагового двигателя состоит из трех основных элементов, часто в сочетании с каким-либо типом пользовательского интерфейса (хост-компьютер, ПЛК или немой терминал):

  • Индексаторы - Индексатор (или контроллер) - это микропроцессор, способный генерировать пошаговые импульсы и сигналы направления для драйвера. Кроме того, индексатор обычно требуется для выполнения многих других сложных командных функций.
  • Драйверы - Драйвер (или усилитель) преобразует командные сигналы индексатора в мощность, необходимую для питания обмоток двигателя.Существует множество типов драйверов с разными номиналами тока / силы тока и конструктивными технологиями. Не все драйверы подходят для запуска всех двигателей, поэтому при разработке системы управления движением процесс выбора драйвера имеет решающее значение.
  • Шаговые двигатели - Шаговые двигатели - это электромагнитное устройство, преобразующее цифровые импульсы в механическое вращение вала. Преимуществами шаговых двигателей являются низкая стоимость, высокая надежность, высокий крутящий момент на низких скоростях и простая прочная конструкция, которая работает практически в любых условиях.Основными недостатками использования шагового двигателя являются резонансный эффект, который часто проявляется на низких скоростях, и уменьшение крутящего момента с увеличением скорости. [4]

См. Также

Список литературы

Внешние ссылки

Разница между шаговым двигателем и двигателем постоянного тока

Различия между шаговым двигателем и двигателем постоянного тока (постоянного тока) объясняются с учетом таких факторов, как характер рабочего цикла двигателя, управление, наличие щеток, их движение и смещение.Время реакции мотора и влияние перегрузки.

Различия между шаговым двигателем и двигателем постоянного тока приведены ниже в виде таблицы.

BASIS ШАГОВЫЙ ДВИГАТЕЛЬ ДВИГАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Тип контура Шаговый двигатель работает в разомкнутом контуре. Двигатель постоянного тока работает в замкнутом контуре.
Управление Простое управление с помощью микропроцессоров Управлять двигателем постоянного тока непросто
Щетки Это бесщеточный двигатель Двигатель постоянного тока содержит щетки.
Движение и смещение Его движение является инкрементальным, а разрешение ограничено размером шага. Они имеют непрерывный рабочий объем и могут точно контролироваться.
Время отклика Время отклика медленное
Управление с обратной связью с двигателем постоянного тока дает гораздо более быстрое время отклика по сравнению с шаговым двигателем.
Эффект перегрузки Шаговый двигатель может проскальзывать при перегрузке, и ошибка не может быть обнаружена. Если происходит перегрузка, ее можно обнаружить.

В шаговом двигателе вход осуществляется в виде электрических импульсов, а на выходе - в виде механического движения, которое по своей природе незаметно. Скорость движения вала прямо пропорциональна частоте входных импульсов.

Двигатель постоянного тока преобразует электрическую энергию в механическую энергию или мощность. Скорость двигателя можно контролировать с помощью переменного напряжения питания или путем изменения силы тока.Он следует правилу левой руки Флеминга.

Различия между шаговым двигателем и двигателем постоянного тока заключаются в следующем: -

  • Шаговый двигатель работает в разомкнутом контуре, тогда как мотор постоянного тока работает в замкнутом контуре.
  • Stepper прост в управлении с помощью микропроцессоров и других управляющих устройств. Управлять двигателем постоянного тока непросто.
  • Шаговый двигатель - это бесщеточный двигатель, но двигатель постоянного тока содержит щетки, которые вызывают такие проблемы, как износ и искры.
  • Движение шагового двигателя является инкрементальным, а разрешение ограничено размером шага. Двигатель постоянного тока имеет постоянный рабочий объем, им можно точно управлять и точно позиционировать.
  • Управление с обратной связью с двигателем постоянного тока дает гораздо более быстрое время отклика по сравнению с шаговым двигателем.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *